可重復(fù)使用運(yùn)載器的緩沖著陸腿及其緩沖方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可重復(fù)使用運(yùn)載器的緩沖著陸腿及其緩沖方法，屬于著陸腿【技術(shù)領(lǐng)域】。它包括外套筒（5）、內(nèi)襯筒（3）、凹型筒（7）、旋轉(zhuǎn)電機(jī)（1）、推桿（4）、浮動活塞（8）、活塞筒（12）、墊片（10）、蜂窩緩沖材料（11）、球鉸（13）、足墊（14）、端蓋（9）。該機(jī)構(gòu)所具有的特點(diǎn)是結(jié)合了三種緩沖方式：油液緩沖、阻尼橡膠緩沖以及蜂窩緩沖方式，能夠進(jìn)行多級緩沖。該機(jī)構(gòu)能夠適應(yīng)不同初始著陸情況，同時能夠自動收放，無需人為地面操作。
【專利說明】可重復(fù)使用運(yùn)載器的緩沖著陸腿及其緩沖方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種用于可重復(fù)使用運(yùn)載器的重復(fù)使用的緩沖著陸腿緩沖方法，屬于著陸腿【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]可重復(fù)使用運(yùn)載器是一種十分新穎的運(yùn)載器，其宗旨為每次發(fā)射及降落后，經(jīng)過簡單的維修和補(bǔ)充推進(jìn)劑，很快就能夠再次發(fā)射，而且可以重復(fù)多次使用。它的研制成功并投入使用，能夠大大簡化地面操作和設(shè)備，減少地面操作費(fèi)用，提高發(fā)射頻率，同時也可以減少空氣污染和太空垃圾，是未來運(yùn)載器的發(fā)展方向。美國麥道公司1991年開始研究可重復(fù)使用運(yùn)載器，并且進(jìn)行了相關(guān)的發(fā)射試驗(yàn)。作為實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用的關(guān)鍵部件，緩沖著陸支腿為運(yùn)載器在地表穩(wěn)定著陸提供支持，并且在下一次發(fā)射前可以自動或人工收起實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。
[0003]目前國外采用過的緩沖著陸腿緩沖方式有液壓緩沖，多胞材料壓潰變形緩沖，金屬變形緩沖，磁流變液緩沖和固體彈簧緩沖方式。液壓緩沖方式適合于沖擊載荷較小的情況，當(dāng)沖擊載荷較大時，緩沖器的體積和重量相對較大。多胞材料壓潰變形緩沖主要采用鋁蜂窩結(jié)構(gòu)或者填充有泡沫鋁材料的蜂窩結(jié)構(gòu)為緩沖材料，其緩沖力具有較長的“平臺”特性，不過蜂窩變形后不能回復(fù)。金屬變形緩沖方式不能夠滿足重復(fù)使用的要求。磁流變液緩沖方式在航天領(lǐng)域尚且處于研制階段，技術(shù)還不夠成熟。固體彈簧緩沖方式會使得機(jī)構(gòu)重量大且容易造成運(yùn)載器反彈。這些緩沖方式都有各自的優(yōu)點(diǎn)和局限性，如果能夠把這些緩沖方式中的幾種結(jié)合起來，形成多級緩沖，則會使得緩沖效果、結(jié)構(gòu)重量、可重復(fù)使用性等多方面因素得到權(quán)衡，將大大適用于可重復(fù)使用運(yùn)載器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于可重復(fù)使用運(yùn)載器的緩沖著陸腿緩沖方法。該機(jī)構(gòu)能夠適應(yīng)不同初始著陸情況，同時能夠自動收放，無需人為地面操作。該機(jī)構(gòu)所具有的特點(diǎn)是結(jié)合了三種緩沖方式:油液緩沖、阻尼橡膠緩沖以及蜂窩緩沖方式，能夠進(jìn)行多級緩沖，在不同著陸工況下都具有較高的緩沖效率，緩沖無反彈，自動收放重復(fù)使用，使用壽命長，可靠性高，運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)簡單，結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案:
一種可重復(fù)使用運(yùn)載器的緩沖著陸腿，其特征在于:包括外套筒、內(nèi)襯筒、凹型筒、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、推桿、浮動活塞、活塞筒、墊片、蜂窩緩沖材料、球鉸、足墊、端蓋；所述外套筒外壁布置有與運(yùn)載器大梁固定連接的緊固裝置；所述內(nèi)襯筒安裝于外套筒內(nèi)；所述內(nèi)襯筒布置有內(nèi)壁螺紋，所述凹型筒上端外壁布置有外壁螺紋，凹型筒通過其外壁螺紋與內(nèi)襯筒內(nèi)壁螺紋的配合安裝于內(nèi)襯筒內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)安裝于外套筒上端且輸出軸與內(nèi)襯筒固定連接；所述凹型筒縱向剖面呈“凹”字形；“凹”字形上部的凹槽內(nèi)即為上油腔；上油腔外側(cè)及下部即為下油腔，下油腔下部為非封閉結(jié)構(gòu)；上油腔和下油腔之間通過油液阻尼孔相連；所述推桿上端與內(nèi)襯筒固定，推桿下端伸入到凹型筒的上油腔中，所述浮動活塞安裝于上油腔中并位于推桿下方，起到密封上油腔中油液的作用；所述墊片安裝于所述活塞筒內(nèi)，用于分隔下油腔中的油液與活塞筒內(nèi)的蜂窩緩沖材料，所述蜂窩緩沖材料安裝于活塞筒內(nèi)位于墊片以下的空間；所述足墊通過所述球鉸安裝于活塞筒的下端；所述端蓋安裝于外套筒下端且布置于凹型筒外側(cè)，凹型筒外壁沿軸向開有導(dǎo)向槽，所述端蓋具有與導(dǎo)向槽相互配合的凸起，保證凹型筒沿軸向直線運(yùn)動。
[0006]上述的可重復(fù)使用運(yùn)載器的緩沖著陸腿的緩沖方法，其特征在于包括以下過程:步驟1、當(dāng)降落前啟動旋轉(zhuǎn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動內(nèi)襯筒在軸向固定位置旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使得凹型筒直線向下運(yùn)動，凹型筒達(dá)到與內(nèi)襯筒螺紋配合的極限位置，即鎖定位置；步驟2、當(dāng)運(yùn)載器正常著陸時，載荷經(jīng)過足墊傳遞到活塞筒，活塞筒向上運(yùn)動壓縮下油腔的油液，油液通過布置在凹型筒上的油液阻尼孔進(jìn)入上油腔；浮動活塞也隨之向上運(yùn)動，當(dāng)油液全部由下油腔進(jìn)入上油腔后，凹型筒與墊片接觸，墊片中的橡膠緩沖夾層緩沖吸收剩余的一小部分能量；步驟2-1、當(dāng)著陸沖擊力小于布置在活塞筒中蜂窩緩沖材料的壓潰載荷時，蜂窩緩沖材料不壓潰；
步驟2-2、當(dāng)運(yùn)載器非正常著陸，即以較大的初始著陸速度著陸時，油液阻尼力增大，達(dá)到或超過蜂窩緩沖材料的壓潰載荷，進(jìn)而通過墊片壓潰蜂窩緩沖材料，此時油液緩沖和蜂窩壓潰同時進(jìn)行，共同吸收較大的沖擊能量；步驟3、運(yùn)載器著陸后，再次啟動旋轉(zhuǎn)電機(jī)，凹型筒向上運(yùn)動到初始位置，過程中推桿推動浮動活塞使油液從上油腔流回下油腔；正常著陸時蜂窩緩沖材料不發(fā)生壓潰，非正常著陸時蜂窩緩沖材料已壓潰則進(jìn)行更換，此時即可進(jìn)行下一次發(fā)射。
[0007]本發(fā)明將多種緩沖方式進(jìn)行串聯(lián)設(shè)計(jì)，相比于其他單一形式的緩沖裝置，此設(shè)計(jì)的緩沖性能穩(wěn)定，能夠在不同的著陸工況下保證較高的緩沖效率和較低的過載，無反彈。對于可重復(fù)使用運(yùn)載器來說，著陸工況在較大范圍內(nèi)變化是不可避免的，這種復(fù)合式緩沖方式無論是對于正常著陸還是極限情況著陸都具有很好的適應(yīng)性。同時通過浮動活塞和推桿的設(shè)計(jì)使得油液在油腔中循環(huán)流動，活塞筒中的蜂窩緩沖材料在正常著陸情況下不會被壓潰，達(dá)到重復(fù)使用的目的，降低了發(fā)射成本。此外，螺紋配合實(shí)現(xiàn)了著陸器的展開、收起和鎖定功能，無需專門的鎖定機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎖定，用旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行收放而不是收放作動筒，這些使得緩沖著陸腿占用運(yùn)載器內(nèi)的空間減少，也減小了整個著陸腿的重量，導(dǎo)向槽的設(shè)計(jì)也使得凹型筒的收放更加可靠。該機(jī)構(gòu)能夠適應(yīng)不同初始著陸情況，同時能夠自動收放，無需人為地面操作。該機(jī)構(gòu)所具有的特點(diǎn)是結(jié)合了三種緩沖方式:油液緩沖、阻尼橡膠緩沖以及蜂窩緩沖方式，能夠進(jìn)行多級緩沖，在不同著陸工況下都具有較高的緩沖效率，緩沖無反彈，自動收放重復(fù)使用，使用壽命長，可靠性高，運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)簡單，結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕。
[0008]內(nèi)襯筒外布置有外套筒，外套筒外壁布置有與運(yùn)載器大梁固定連接的緊固裝置。所述端蓋安裝于外套筒下端且布置于凹型筒外側(cè)，起到軸向固定凹型筒的作用。足墊通過球鉸與活塞筒連接。這樣使得著陸腿機(jī)構(gòu)的安裝與傳力路線簡單可靠，運(yùn)動過程中不會產(chǎn)生干涉，結(jié)構(gòu)的剛度好。
[0009]上述墊片中具有橡膠緩沖夾層；所述步驟2著陸過程中當(dāng)油液由下油腔全部進(jìn)入上油腔后，凹型筒與墊片接觸，墊片中的橡膠緩沖夾層進(jìn)一步緩沖一部分能量。【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]附圖1本緩沖著陸腿機(jī)構(gòu)的組成示意圖；
附圖2內(nèi)襯筒結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3凹型筒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中標(biāo)號名稱:1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)；2、輸出轉(zhuǎn)軸；3、內(nèi)襯筒；4、推桿；5、外套筒；6、緊固裝置；7、凹型筒；8、浮動活塞；9、端蓋；10、墊片；11、蜂窩緩沖材料；12、活塞筒；13、球鉸；14、足墊；15、內(nèi)壁螺紋；16、外壁螺紋；17、導(dǎo)向槽；18、上油腔；19、油液阻尼孔；20、下油腔。
[0012]
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，本發(fā)明可重復(fù)使用運(yùn)載器著陸緩沖支腿，包括內(nèi)襯筒3、外套筒5、凹型筒7、活塞筒12以及足墊14，在外套筒5外壁上有與運(yùn)載器大梁起固定連接的緊固裝置6，內(nèi)襯筒3的頂端設(shè)置有一旋轉(zhuǎn)電機(jī)1，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的輸出轉(zhuǎn)軸2與內(nèi)襯筒3固定連接，此外，內(nèi)襯筒3又與推桿4固定連接，內(nèi)襯筒3的布置有內(nèi)壁螺紋15，與凹型筒7上端外壁螺紋16相互配合，當(dāng)內(nèi)襯筒3轉(zhuǎn)動時，其在軸向被端蓋9固定，進(jìn)而使得凹型筒7可以上下移動，凹型筒7的內(nèi)部有浮動活塞8 ;活塞筒12內(nèi)部有墊片10，墊片10的下端有用于極端狀況著陸時壓潰用的蜂窩緩沖材料11 ;足墊14通過球鉸13與活塞筒12相連接。
[0014]如圖3所示，凹型筒7的剖視圖呈現(xiàn)一個凹字形，保證當(dāng)油液緩沖完畢后與墊片10有足夠的接觸面積。其外壁上開有凹槽17，端蓋9的凸起剛好插入凹槽內(nèi)，使得內(nèi)襯筒3轉(zhuǎn)動時，凹型筒7不會由于螺紋摩擦力的帶動而一起轉(zhuǎn)動。
[0015]凹型筒7的上油腔18在緩沖開始時沒有油液，緩沖過程中油液逐漸從下油腔20通過油液阻尼孔19進(jìn)入上油腔18，當(dāng)著陸支腿收起時，推桿4推動浮動活塞8使得油液全部重新回到下油腔20中。
[0016]當(dāng)可重復(fù)使用運(yùn)載器即將降落時，啟動內(nèi)襯筒上端的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動內(nèi)襯筒在軸向固定位置旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動凹型筒直線向下運(yùn)動伸出到達(dá)一定位置，螺紋配合同時也起到鎖定作用。當(dāng)運(yùn)載器正常著陸時，著陸沖擊力小于活塞筒中蜂窩的壓潰載荷，蜂窩不壓潰，載荷經(jīng)過足墊傳遞到活塞筒，活塞筒向上運(yùn)動壓縮油腔內(nèi)的油液，使得油液經(jīng)過凹型筒的油液阻尼孔從下油腔進(jìn)入上油腔，上油腔的浮動活塞也隨之向上運(yùn)動。當(dāng)運(yùn)載器非正常著陸，即以較大的初始著陸速度著陸時，油液阻尼力增大，達(dá)到了蜂窩的壓潰載荷，進(jìn)而通過墊片壓潰蜂窩，此時油液緩沖和蜂窩壓潰同時進(jìn)行，共同吸收較大的沖擊能量。當(dāng)油液全部由下油腔進(jìn)入上油腔后，凹型筒與墊片接觸，墊片中的橡膠緩沖夾層只需緩沖剩余的一小部分能量即可。運(yùn)載器著陸后，再次啟動旋轉(zhuǎn)電機(jī)，凹型筒向上運(yùn)動到初始位置，過程中推桿推動浮動活塞使油液從上油腔流回下油腔。正常著陸時，蜂窩不發(fā)生壓潰，此時即可進(jìn)行下一次發(fā)射；非正常著陸時，蜂窩壓潰，此時只需把足墊拆下，更換蜂窩便可進(jìn)行下一次發(fā)射，此過程實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)使用并且適用于不用著陸工況下的著陸。
【權(quán)利要求】
1.一種可重復(fù)使用運(yùn)載器的緩沖著陸腿，其特征在于:包括外套筒(5)、內(nèi)襯筒(3)、凹型筒(7)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)(I)、推桿(4)、浮動活塞(8)、活塞筒(12)、墊片(10)、蜂窩緩沖材料(11)、球鉸(13)、足墊(14)、端蓋(9)； 所述外套筒(5)外壁布置有與運(yùn)載器大梁固定連接的緊固裝置(6);所述內(nèi)襯筒(3)安裝于外套筒(5)內(nèi)；所述內(nèi)襯筒(3)布置有內(nèi)壁螺紋(15)，所述凹型筒(7)上端外壁布置有外壁螺紋(16)，凹型筒(7)通過其外壁螺紋(16)與內(nèi)襯筒(3)內(nèi)壁螺紋(15)的配合安裝于內(nèi)襯筒(3)內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)(I)安裝于外套筒(5)上端且輸出軸與內(nèi)襯筒(3)固定連接； 所述凹型筒(7)縱向剖面呈“凹”字形；“凹”字形上部的凹槽內(nèi)即為上油腔(18);上油腔(18)外側(cè)及下部即為下油腔(20)，下油腔(20)下部為非封閉結(jié)構(gòu)；上油腔(18)和下油腔(20)之間通過油液阻尼孔(19)相連； 所述推桿(4)上端與內(nèi)襯筒(3)固定，推桿(4)下端伸入到凹型筒(7)的上油腔(18)中，所述浮動活塞(8)安裝于上油腔(18)中并位于推桿(4)下方，起到密封上油腔(18)中油液的作用； 所述墊片(10)安裝于所述活塞筒(12)內(nèi)，用于分隔下油腔(20)中的油液與活塞筒(12)內(nèi)的蜂窩緩沖材料(11)，所述蜂窩緩沖材料(11)安裝于活塞筒(12)內(nèi)位于墊片(10)以下的空間； 所述足墊(14)通過所述球鉸(13)安裝于活塞筒(12)的下端； 所述端蓋(9 )安裝于外套筒(5 )下端且布置于凹型筒(7 )外側(cè)，凹型筒(7 )外壁沿軸向開有導(dǎo)向槽(17)，所述端蓋(9)具有與導(dǎo)向槽(17)相互配合的凸起，保證凹型筒(7)沿軸向直線運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重復(fù)使用運(yùn)載器的緩沖著陸腿的緩沖方法，其特征在于包括以下過程: 步驟1、當(dāng)降落前啟動旋轉(zhuǎn)電機(jī)(I)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)(I)帶動內(nèi)襯筒(3 )在軸向固定位置旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使得凹型筒(7)直線向下運(yùn)動，凹型筒(7)達(dá)到與內(nèi)襯筒(3)螺紋配合的極限位置，即鎖定位置； 步驟2、當(dāng)運(yùn)載器正常著陸時，載荷經(jīng)過足墊(14)傳遞到活塞筒(12)，活塞筒(12)向上運(yùn)動壓縮下油腔(20)的油液，油液通過布置在凹型筒(7)上的油液阻尼孔(19)進(jìn)入上油腔(18);浮動活塞(8)也隨之向上運(yùn)動，當(dāng)油液全部由下油腔(20)進(jìn)入上油腔(18)后，凹型筒(7)與墊片(10)接觸，墊片(10)中的橡膠緩沖夾層緩沖吸收剩余的一小部分能量； 步驟2-1、當(dāng)著陸沖擊力小于布置在活塞筒(12)中蜂窩緩沖材料(11)的壓潰載荷時，蜂窩緩沖材料(11)不壓潰； 步驟2-2、當(dāng)運(yùn)載器非正常著陸，即以較大的初始著陸速度著陸時，油液阻尼力增大，達(dá)到或超過蜂窩緩沖材料(11)的壓潰載荷，進(jìn)而通過墊片(10 )壓潰蜂窩緩沖材料(11)，此時油液緩沖和蜂窩壓潰同時進(jìn)行，共同吸收較大的沖擊能量； 步驟3、運(yùn)載器著陸后，再次啟動旋轉(zhuǎn)電機(jī)(1)，凹型筒(7)向上運(yùn)動到初始位置，過程中推桿(4)推動浮動活塞(8)使油液從上油腔(18)流回下油腔(20);正常著陸時蜂窩緩沖材料(11)不發(fā)生壓潰，非正常著陸時蜂窩緩沖材料(11)已壓潰則進(jìn)行更換，此時即可進(jìn)行下一次發(fā)射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重復(fù)使用運(yùn)載器的緩沖著陸腿的緩沖方法，其特征在于:上述墊片(10)中具有橡膠緩沖夾層；所述步驟2著陸過程中當(dāng)油液由下油腔(20)全部進(jìn)入上油腔(18)后，凹型筒(7)與墊片(10)接觸，墊片(10)中的橡膠緩沖夾層進(jìn)一步緩沖一部分能量 。
【文檔編號】B64G1/16GK103935525SQ201410166168
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】聶宏, 岳帥, 張明, 蔣銳, 吳曉宇, 張欽 申請人:南京航空航天大學(xué)