空间飞行器返回着陆装置的制作方法

本发明涉及飞行器返回着陆系统技术领域，尤其涉及一种空间飞行器返回着陆装置。

背景技术：

空间飞行器，即大气层以外的航天飞行器，担负着人类探索宇宙的巨大使命。其安全抵达地面离不开返回着陆装置。返回着陆装置需要具备减速迅速，调姿性能优异，着陆缓冲装置好等优点。目前，应用在火星上的返回着陆装置，如火星探路号，为了在火星上成功着陆，采用的是相对简单的气囊缓冲技术，并且没有采用旋翼减速的方案，此技术存在着陆不稳定，容易发生严重反弹，且有效载荷不高、自主飞行能力不够高，无法调整着陆位置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种空间飞行器返回着陆装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

空间飞行器返回着陆装置，包含降落伞模块、无人机模块、着陆腿模块和控制模块，所述控制模块分别和降落伞模块、无人机模块、着陆腿模块电气相连；

所述降落伞模块、无人机模块、着陆腿模块从上到下依次设置，降落伞模块的下端和无人机模块的上端固连，无人机模块的下端和着陆腿模块的上端固连；

所述降落伞模块用于弹出降落伞；

所述无人机模块用于提供升力；

所述着陆腿模块用于展开各个着陆腿；

所述控制模块用于控制降落伞模块、无人机模块、着陆腿模块工作。

作为本发明空间飞行器返回着陆装置进一步的优化方案，所述降落伞模块包含降落伞、存储罐、弹簧、中间板和上盖；

所述存储罐为上端开口、下端封闭的柱体；

所述中间板设置在存储罐内；

所述弹簧的一端和所述中间板的底端固定相连，另一端和所述存储罐的底端固定相连；

所述存储罐上端开口的一侧和所述上盖铰接，另一侧设有用于锁定或松开所述上盖的锁止机构；

所述锁止机构包含舵机和转动臂，其中，所述舵机固定在存储罐的外壁上，舵机的输出轴和所述转动臂固连，使得所述转动臂能够通过转动锁定上盖或者松开上盖；

所述上盖盖在所述存储罐的上端开口上，且所述锁止结构锁定所述上盖；

所述降落伞设置在所述上盖和中间板之间，使得弹簧处于压缩状态；

所述弹簧用于在所述锁止机构松开上盖时将所述降落伞弹出所述存储罐；

所述降落伞的伞绳和所述存储罐相连。

作为本发明空间飞行器返回着陆装置进一步的优化方案，所述无人机模块包含机身、四个上层机臂、四个下层机臂和八个飞行机构；

所述机身包含上平台和下平台；

所述四个上层机臂的根部均和所述上平台固连，末端朝机身外伸展；

所述四个下层机臂的根部均和所述下平台固连，末端朝机身外伸展；

所述下层机臂包含第一连接杆、第二连接杆和折叠机构，其中，第一连接杆的一端和下层平台固连、另一端通过折叠机构和第二连接杆的一端相连；所述折叠机构用于对第二连接杆在下平台所在平面上或和下平台平行的平面上相对于第一连接杆进行折叠；

所述八个飞行机构，其中四个飞行机构分别设置在所述四个上层机臂的末端，另外四个飞行机构分别设置在所述四个下层机臂第二连接杆的另一端；

所述飞行机构包含旋翼和无刷电机，其中，旋翼和无刷电机的输出端固定相连，且无刷电机的输出端朝上设置；

所述八个飞行机构的旋翼的旋转范围相互错开，均用于产生向上的升力。

作为本发明空间飞行器返回着陆装置进一步的优化方案，所述折叠机构包含伺服电机；所述伺服电机固定在折叠机构对应下层机臂的第一连接杆远离机身的一端、输出轴和第二连接杆的一端固连。

作为本发明空间飞行器返回着陆装置进一步的优化方案，所述四个上层机臂中、相邻上层机臂的旋翼产生向上的升力时旋转的方向相反，所述四个下层机臂中、相邻下层机臂的旋翼产生向上的升力时旋转的方向相反。

作为本发明空间飞行器返回着陆装置进一步的优化方案，所述四个上层机臂中相邻上层机臂之间的夹角相同，四个下层机臂中相邻下层机臂的第一连接杆之间的夹角相同。

作为本发明空间飞行器返回着陆装置进一步的优化方案，所述上层机臂和其两个相邻下层机臂的第一连接杆之间的夹角相同。

作为本发明空间飞行器返回着陆装置进一步的优化方案，所述下层机臂中折叠机构调整第二连接杆和第一连接杆之间的夹角在90度和180度之间。

作为本发明空间飞行器返回着陆装置进一步的优化方案，所述着陆腿模块包含基座和若干条均匀设置在基座上的着陆腿；

所述基座包含上固定板和下固定板；

所述着陆腿包含外翻板、电机、丝杠、外筒、中筒、内筒、第一丝杠螺母、第二丝杠螺母和油液式缓冲器；

所述外筒、中筒、内筒、丝杠同轴设置，由外至内依次套接；

所述中筒的外壁上沿其轴线方向设有第一滑槽，所述第一滑槽内设有和其匹配的第一滑块，且第一滑块和所述外筒前端的内壁固定相连、使得外筒和中筒之间能够自由滑动；

所述内筒的外壁上沿其轴线方向设有第二滑槽，所述第二滑槽内设有和其匹配的第二滑块，且第二滑块和所述中筒前端的内壁固定相连、使得中筒和内筒之间能够自由滑动；

所述电机固定在所述外筒的后端，其输出轴和所述丝杠的后端固定相连，用于带动所述丝杠旋转；

所述第一丝杠螺母、第二丝杠螺母的内壁上均设有和所述丝杠的螺纹相匹配的螺纹；

所述第一丝杠螺母的外壁和内筒后端的内壁固定相连、且所述第一丝杠螺母和所述丝杠啮合；

所述第二丝杠螺母和所述中筒后端的内壁固定相连；

所述内筒后端的外壁上设有第一钢球锁，所述中筒前端的内壁上设有和所述第一钢球锁相匹配的第一限定孔；

所述第一钢球锁用于在丝杠通过第一丝杠螺母将所述内筒相对中筒推出至第一丝杠螺母脱离丝杠时锁定内筒和中筒，使得内筒和中筒之间不能滑动，此时，所述第二丝杠螺母和所述丝杠啮合；

所述中筒后端的外壁上设有第二钢球锁，所述外筒前端的内壁上设有和所述第二钢球锁相匹配的第二限定孔；

所述第二钢球锁用于在丝杠通过第二丝杠螺母将所述中筒推出至第二丝杠螺母脱离丝杠时锁定中筒和外筒，使得中筒和外筒之间不能滑动；

所述油液式缓冲器一端和所述内筒的前端固定相连，另一端和所述外翻板的一端铰接；

所述外翻板的另一端和所述下固定板铰接；

所述外筒的后端和所述上固定板铰接。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.降落伞模块、无人机模块、着陆腿模块三个模块协调工作减速，减速着陆效果明显，降落伞模块承担一次减速任务，无人机模块承担二次减速；

2.无人机模块兼姿态和位置调整任务，可以实现一定条件下一定范围内的定点降落；

3.着陆腿模块进行缓冲着陆，有效减少冲击载荷，增强着陆的稳定性和安全性，此外，外翻式着陆腿可对腿进行保护；

4.着陆腿模块中的着陆腿设有缓冲装置，可承受较大载荷冲击。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中降落伞模块的结构示意图；

图3为本发明中无人机模块的结构示意图；

图4为本发明中着陆腿模块中各个着陆腿收起时的结构示意图；

图5为本发明中着陆腿模块中各个着陆腿放下时的结构示意图；

图6为本发明中着陆腿的结构示意图。

图中，1-降落伞模块，2-无人机模块，3-着陆腿模块，4-存储罐，5-中间板，6-弹簧，7-舵机，8-转动臂，9-上盖，10-伞绳，11-上平台，12-下平台，13-机臂，14-第一连接杆，15-第二连接杆，16-折叠机构，17-旋翼，18-无刷电机；19-下固定板，20-上固定板，21-油液式缓冲器，22-外翻板，23-着陆腿，24-电机，25-丝杠，26-外筒，27-中筒，28-内筒，29-第一丝杠螺母，30-第二丝杠螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明公开了一种空间飞行器返回着陆装置，包含降落伞模块、无人机模块、着陆腿模块和控制模块，所述控制模块分别和降落伞模块、无人机模块、着陆腿模块电气相连；

所述降落伞模块、无人机模块、着陆腿模块从上到下依次设置，降落伞模块的下端和无人机模块的上端固连，无人机模块的下端和着陆腿模块的上端固连；

所述降落伞模块用于弹出降落伞；

所述无人机模块用于提供升力；

所述着陆腿模块用于展开各个着陆腿；

所述控制模块用于控制降落伞模块、无人机模块、着陆腿模块工作。

如图2所示，所述降落伞模块包含降落伞、存储罐、弹簧、中间板和上盖；

所述存储罐-上端开口、下端封闭的柱体；

所述中间板设置在存储罐内；

所述弹簧的一端和所述中间板的底端固定相连，另一端和所述存储罐的底端固定相连；

所述存储罐上端开口的一侧和所述上盖铰接，另一侧设有用于锁定或松开所述上盖的锁止机构；

所述锁止机构包含舵机和转动臂，其中，所述舵机固定在存储罐的外壁上，舵机的输出轴和所述转动臂固连，使得所述转动臂能够通过转动锁定上盖或者松开上盖；

所述上盖盖在所述存储罐的上端开口上，且所述锁止结构锁定所述上盖；

所述降落伞设置在所述上盖和中间板之间，使得弹簧处于压缩状态；

所述弹簧用于在所述锁止机构松开上盖时将所述降落伞弹出所述存储罐；

所述降落伞的伞绳和所述存储罐相连。

如图3所示，所述无人机模块包含机身、四个上层机臂、四个下层机臂和八个飞行机构；

所述机身包含上平台和下平台；

所述四个上层机臂的根部均和所述上平台固连，末端朝机身外伸展；

所述四个下层机臂的根部均和所述下平台固连，末端朝机身外伸展；

所述下层机臂包含第一连接杆、第二连接杆和折叠机构，其中，第一连接杆的一端和下层平台固连、另一端通过折叠机构和第二连接杆的一端相连；所述折叠机构用于对第二连接杆在下平台所在平面上或和下平台平行的平面上相对于第一连接杆进行折叠；

所述八个飞行机构，其中四个飞行机构分别设置在所述四个上层机臂的末端，另外四个飞行机构分别设置在所述四个下层机臂第二连接杆的另一端；

所述飞行机构包含旋翼和无刷电机，其中，旋翼和无刷电机的输出端固定相连，且无刷电机的输出端朝上设置；

所述八个飞行机构的旋翼的旋转范围相互错开，均用于产生向上的升力。

所述折叠机构包含伺服电机；所述伺服电机固定在折叠机构对应下层机臂的第一连接杆远离机身的一端、输出轴和第二连接杆的一端固连。

所述四个上层机臂中、相邻上层机臂的旋翼产生向上的升力时旋转的方向相反，所述四个下层机臂中、相邻下层机臂的旋翼产生向上的升力时旋转的方向相反。

所述四个上层机臂中相邻上层机臂之间的夹角相同，四个下层机臂中相邻下层机臂的第一连接杆之间的夹角相同。

所述上层机臂和其两个相邻下层机臂的第一连接杆之间的夹角相同。

所述下层机臂中折叠机构调整第二连接杆和第一连接杆之间的夹角在90度和180度之间。

所述着陆腿模块包含基座和若干条均匀设置在基座上的着陆腿；所述基座包含上固定板和下固定板；图4为本发明中着陆腿模块中各个着陆腿收起时的结构示意图，图5为本发明中着陆腿模块中各个着陆腿放下时的结构示意图。

如图6所示，所述着陆腿包含外翻板、电机、丝杠、外筒、中筒、内筒、第一丝杠螺母、第二丝杠螺母和油液式缓冲器；

所述外筒、中筒、内筒、丝杠同轴设置，由外至内依次套接；

所述中筒的外壁上沿其轴线方向设有第一滑槽，所述第一滑槽内设有和其匹配的第一滑块，且第一滑块和所述外筒前端的内壁固定相连、使得外筒和中筒之间能够自由滑动；

所述内筒的外壁上沿其轴线方向设有第二滑槽，所述第二滑槽内设有和其匹配的第二滑块，且第二滑块和所述中筒前端的内壁固定相连、使得中筒和内筒之间能够自由滑动；

所述电机固定在所述外筒的后端，其输出轴和所述丝杠的后端固定相连，用于带动所述丝杠旋转；

所述第一丝杠螺母、第二丝杠螺母的内壁上均设有和所述丝杠的螺纹相匹配的螺纹；

所述第一丝杠螺母的外壁和内筒后端的内壁固定相连、且所述第一丝杠螺母和所述丝杠啮合；

所述第二丝杠螺母和所述中筒后端的内壁固定相连；

所述内筒后端的外壁上设有第一钢球锁，所述中筒前端的内壁上设有和所述第一钢球锁相匹配的第一限定孔；

所述第一钢球锁用于在丝杠通过第一丝杠螺母将所述内筒相对中筒推出至第一丝杠螺母脱离丝杠时锁定内筒和中筒，使得内筒和中筒之间不能滑动，此时，所述第二丝杠螺母和所述丝杠啮合；

所述中筒后端的外壁上设有第二钢球锁，所述外筒前端的内壁上设有和所述第二钢球锁相匹配的第二限定孔；

所述第二钢球锁用于在丝杠通过第二丝杠螺母将所述中筒推出至第二丝杠螺母脱离丝杠时锁定中筒和外筒，使得中筒和外筒之间不能滑动；

所述油液式缓冲器一端和所述内筒的前端固定相连，另一端和所述外翻板的一端铰接；

所述外翻板的另一端和所述下固定板铰接；

所述外筒的后端和所述上固定板铰接。

着陆腿工作的过程如下：

刚开始时，外翻板呈竖直状态，电机工作，丝杠旋转，第一丝杠螺母带动内筒朝前滑动，当第一丝杠螺母脱离丝杠时，内筒外壁上的第一钢球锁和中筒内壁上的第一限定孔相配合锁定内筒和中筒，使得内筒和中筒之间不能滑动，第二丝杠螺母和丝杠啮合；第二丝杠螺母带动中筒朝前滑动，当第二丝杠螺母脱离丝杠时，中筒外壁上的第二钢球锁和外筒内壁上的第二限定孔相配合锁定中筒和外筒，使得外筒和中筒之间不能滑动。

外筒、中筒、内筒的二次伸长，使得外翻板缓缓外翻，最后使得着陆腿完全展开。

系统在高空具备着陆条件时，首先无人机模块不工作，降落伞模块工作，使得降落伞自动弹出，整个系统在降落伞的作用下一次减速下降，待降落伞完全充满后，无人机模块开始工作，开始二次减速及调姿工作。整个系统靠近地面时，系统发出指令，着陆腿模块工作，释放着陆腿，各个外翻板展开，最后在着陆腿缓冲系统的作用下降落在地面。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解-具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅-本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。