一种面向可回收火箭着陆机构的腿式组合缓冲器的制作方法

本发明涉及航空航天领域,具体涉及一种面向可回收火箭着陆机构的腿式组合缓冲器。

背景技术：

传统运载火箭发射后无法再次利用，造成航天发射成本居高不下。可回收火箭通过着陆缓冲机构实现火箭的软着陆，并通过地面的简单维修和燃料补给实现再次发射，可大大降低发射成本。

金属蜂窝结构作为缓冲材料应用广泛，但单一采用金属蜂窝结构作为缓冲材料，单位体积吸收的冲击能量较低，所以有必要展开可应用于可回收火箭着陆机构的腿式组合缓冲器，将多种缓冲形式组合在一起，提高缓冲器的缓冲吸能性能，从而满足火箭着陆回收的的要求。

综上所述，现有的着陆缓冲机构单一采用金属蜂窝结构作为缓冲材料，存在单位体积吸收的冲击能量较低，无法满足火箭着陆回收的的要求的问题。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的着陆缓冲机构单一采用金属蜂窝结构作为缓冲材料，存在单位体积吸收的冲击能量较低，无法满足火箭着陆回收的的要求的问题，进而提供一种面向可回收火箭着陆机构的腿式组合缓冲器。

本发明的技术方案是：

一种面向可回收火箭着陆机构的腿式组合缓冲器，它包括缓冲器外壳和缓冲器外壳端盖，它还包括第一活塞推杆、拉刀、第二活塞推杆、低密度金属蜂窝、缓冲腔体、高密度金属蜂窝和底座,

缓冲器外壳为空心圆筒结构，缓冲腔体和底座由上至下依次设置在缓冲器外壳内，底座固定在缓冲器外壳的底部，缓冲腔体固定在底座上，

缓冲腔体为空心圆柱结构，第一活塞推杆、低密度金属蜂窝、第二活塞推杆和高密度金属蜂窝由上至下依次设置在缓冲腔体内，

高密度金属蜂窝为圆柱形金属蜂窝结构，高密度金属蜂窝的下表面与底座的内端面贴合，第二活塞推杆的上部为圆柱形杆状结构，第二活塞推杆的下部设有圆饼形第二活塞，所述第二活塞与同轴设置的圆柱形杆状结构为一体式结构，第二活塞外壁与缓冲腔体内壁紧密贴合，第二活塞的下表面与密度金属蜂窝的上表面贴合，

低密度金属蜂窝为圆柱形金属蜂窝结构，低密度金属蜂窝的中心开设一个与圆柱形杆状结构外径相配合的第一通孔，低密度金属蜂窝下表面与第二活塞上表面贴合，第一活塞推杆为拉刀式活塞推杆，第一活塞推杆的上部为空心筒状结构，第一活塞推杆的下部为圆饼形第一活塞，所述第一活塞与同轴设置的空心筒状结构为一体式结构，第一活塞的下端面开设有与空心筒状结构内部相通的第二通孔，第二活塞外壁上半段设有环形拉刀，环形拉刀的刀齿尖部朝向缓冲腔体的内壁，第二活塞外壁下半段与外壁与缓冲腔体内壁紧密贴合，第二活塞的下表面与低密度金属蜂窝的上表面贴合，

缓冲器外壳端盖为圆柱形饼状结构，缓冲器外壳端盖的中心处设有与空心筒状结构外径相配合的第三通孔，低密度金属蜂窝的刚度小于高密度金属蜂窝的刚度，缓冲器外壳端盖与缓冲器外壳的上端面固接。

进一步地，拉刀具有三排刀齿，分别为第一排刀齿、第二排刀齿和第三排刀齿，第一排刀齿、第二排刀齿和第三排刀齿的外径由切入端至切出端依次减小。

进一步地，拉刀的外径小于缓冲腔体的外径，拉刀的内径小于缓冲腔体的内径。

进一步地，缓冲腔体的上端内圆柱面上设有三个同轴设置的阶梯孔，分别为第一阶梯孔、第二阶梯孔和第三阶梯孔，第一阶梯孔、第二阶梯孔和第三阶梯孔的孔径由上至下依次减小，第一阶梯孔的孔径与第一排刀齿相匹配，第二阶梯孔的孔径与第二排刀齿相匹配，第三阶梯孔的孔径与第三排刀齿相匹配。

进一步地，缓冲器外壳的内端面上设有环形凹槽，底座的下端设有与缓冲器外壳的环形凹槽相匹配的第二环状凸台，底座通过相互配合的环形凹槽和第二环状凸台与缓冲器外壳固定连接；

底座的上端设有圆柱凸台，圆柱凸台的外径与缓冲腔体的内径相匹配，圆柱凸台的上端面与高密度金属蜂窝的下表面贴合；

底座的中部设有螺栓孔，底座通过螺栓与缓冲腔体的下端固接。

进一步地，第一活塞推杆的上端设有第一圆形凸台，第一圆形凸台的直径大于缓冲器外壳端盖的第三通孔的孔径。

进一步地，第二活塞推杆的上端设有第二圆形凸台，第二圆形凸台的直径大于圆柱形杆状结构的直径，第二圆形凸台的直径小于圆饼形第一活塞的内径。

进一步地，缓冲器外壳端盖是一个带有螺栓孔的法兰盘结构，缓冲器外壳端盖通过螺钉与缓冲器外壳的上端面固接，缓冲器外壳端盖的下端面设有第一环状凸台，所述第一环状凸台的外径与缓冲器外壳的相匹配，实现缓冲器外壳端盖通过第一环状凸台与缓冲器外壳实现径向定位。

进一步地，所述腿式组合缓冲器还包括档环，档环位于第一活塞与圆柱形杆状结构之间，档环的外壁与第一活塞的内圆柱面固接，第一活塞的内圆柱面与圆柱形杆状结构的外圆柱面间隙配合。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明的一种面向可回收火箭着陆机构的腿式组合缓冲器，将拉刀式缓冲器、金属蜂窝缓冲器这两种缓冲方式通过串联与并联，形成一种组合式缓冲器，当外界冲击载荷较小时，只有第一级缓冲结构起作用；当外界冲击载荷较大时，第一级缓冲结构先起作用，之后触发第二级缓冲结构起作用。大大提高单位体积内缓冲吸收的能量，并在缓冲过程中可以提供两种不同的缓冲力，缓冲吸能效果更好、冲击力平稳。

2、本发明的一种面向可回收火箭着陆机构的腿式组合缓冲器，具有结构简单、缓冲力平稳、可在多种极端工况下使用的优点。

附图说明

图1是本发明的一种面向可回收火箭着陆机构的腿式组合缓冲器总体结构图；

图2是本发明的第一级缓冲结构图；

图3是本发明的第二级缓冲结构图；

图4是本发明的缓冲器外壳和缓冲器外壳端盖的结构示意图；

图5是本发明的缓冲腔体和底座的结构示意图；

图6是本发明的第一活塞推杆和拉刀的结构示意图；

图7是本发明的第二活塞推杆的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图4、图6和图7说明本实施方式，本实施方式的一种面向可回收火箭着陆机构的腿式组合缓冲器，它包括缓冲器外壳8和缓冲器外壳端盖2，它还包括第一活塞推杆1、拉刀3、第二活塞推杆4、低密度金属蜂窝5、缓冲腔体6、高密度金属蜂窝7和底座9,

缓冲器外壳8为空心圆筒结构，缓冲腔体6和底座9由上至下依次设置在缓冲器外壳8内，底座9固定在缓冲器外壳8的底部，缓冲腔体6固定在底座9上，

缓冲腔体6为空心圆柱结构，第一活塞推杆1、低密度金属蜂窝5、第二活塞推杆4和高密度金属蜂窝7由上至下依次设置在缓冲腔体6内，

高密度金属蜂窝7为圆柱形金属蜂窝结构，高密度金属蜂窝7的下表面与底座9的内端面贴合，第二活塞推杆4的上部为圆柱形杆状结构4-1，第二活塞推杆4的下部设有圆饼形第二活塞4-2，所述第二活塞4-2与同轴设置的圆柱形杆状结构4-1为一体式结构，第二活塞4-2外壁与缓冲腔体6内壁紧密贴合，第二活塞4-2的下表面与密度金属蜂窝7的上表面贴合，

低密度金属蜂窝5为圆柱形金属蜂窝结构，低密度金属蜂窝5的中心开设一个与圆柱形杆状结构4-1外径相配合的第一通孔，低密度金属蜂窝5下表面与第二活塞4-2上表面贴合，第一活塞推杆1为拉刀式活塞推杆，第一活塞推杆1的上部为空心筒状结构1-1，第一活塞推杆1的下部为圆饼形第一活塞1-2，所述第一活塞1-2与同轴设置的空心筒状结构1-1为一体式结构，第一活塞1-2的下端面开设有与空心筒状结构1-1内部相通的第二通孔1-2-1，第二活塞4-2外壁上半段设有环形拉刀3，环形拉刀3的刀齿尖部朝向缓冲腔体6的内壁，第二活塞4-2外壁下半段与外壁与缓冲腔体6内壁紧密贴合，第二活塞4-2的下表面与低密度金属蜂窝5的上表面贴合，

缓冲器外壳端盖2为圆柱形饼状结构，缓冲器外壳端盖2的中心处设有与空心筒状结构1-1外径相配合的第三通孔2-1，低密度金属蜂窝5的刚度小于高密度金属蜂窝7的刚度，缓冲器外壳端盖2与缓冲器外壳8的上端面固接。

本实施方式的低密度金属蜂窝5是刚度相对较低、压缩变形能较小的圆柱体金属蜂窝结构。高密度金属蜂窝7是刚度相对较高、压缩变形能较大的圆柱体金属蜂窝结构。当外界冲击载荷较小时，只有第一级缓冲结构起作用，即低密度金属蜂窝5先压缩变形，控制位于低密度金属蜂窝5上部的第一活塞推杆1的下降速度；当外界冲击载荷较大时，第一级缓冲结构先起作用，之后触发第二级缓冲结构起作用，即高密度金属蜂窝7压缩变形，控制位于高密度金属蜂窝7上部的第二活塞推杆4的下降速度。

低密度金属蜂窝5：材料选用型号为al3003h14的铝合金，屈服强度150mpa；

低密度金属蜂窝7：材料选用型号为al6063t832的铝合金，屈服强度290mpa。

具体实施方式二：结合图6说明本实施方式，本实施方式的拉刀3具有三排刀齿，分别为第一排刀齿3-1、第二排刀齿3-2和第三排刀齿3-3，第一排刀齿3-1、第二排刀齿3-2和第三排刀齿3-3的外径由切入端至切出端依次减小。如此设置，当拉刀3向下轴向运动时，每个刀齿会从缓冲腔体6内壁上切下一定厚度的金属，从而实现切削吸能。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的拉刀3的外径小于缓冲腔体6的外径，拉刀3的内径小于缓冲腔体6的内径。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图5说明本实施方式，本实施方式的缓冲腔体6的上端内圆柱面上设有三个同轴设置的阶梯孔，分别为第一阶梯孔6-1、第二阶梯孔6-2和第三阶梯孔6-3，第一阶梯孔6-1、第二阶梯孔6-2和第三阶梯孔6-3的孔径由上至下依次减小，第一阶梯孔6-1的孔径与第一排刀齿3-1相匹配，第二阶梯孔6-2的孔径与第二排刀齿3-2相匹配，第三阶梯孔6-3的孔径与第三排刀齿3-3相匹配。如此设置，使得腿式组合缓冲器在初始展开状态下，拉刀3与缓冲腔体6实现初始定位。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的缓冲器外壳8的内端面上设有环形凹槽8-1，底座9的下端设有与缓冲器外壳8的环形凹槽8-1相匹配的第二环状凸台9-1，底座9通过相互配合的环形凹槽8-1和第二环状凸台9-1与缓冲器外壳8固定连接；

底座9的上端设有圆柱凸台9-2，圆柱凸台9-2的外径与缓冲腔体6的内径相匹配，圆柱凸台9-2的上端面与高密度金属蜂窝7的下表面贴合；

底座9的中部设有螺栓孔，底座9通过螺栓与缓冲腔体6的下端固接。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1、图4和图6说明本实施方式，本实施方式的第一活塞推杆1的上端设有第一圆形凸台1-3，第一圆形凸台1-3的直径大于缓冲器外壳端盖2的第三通孔2-1的孔径。如此设置，第一圆形凸台1-3的直径比缓冲器外壳端盖2的第三通孔2-1的孔径略大，在避免第一活塞推杆1在外界冲击载荷的作用下落入缓冲器外壳8的内部的同时，增加了第一活塞推杆1与外界冲击载荷的接触面积。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图6和图7说明本实施方式，本实施方式的第二活塞推杆4的上端设有第二圆形凸台4-3，第二圆形凸台4-3的直径大于圆柱形杆状结构4-1的直径，第二圆形凸台4-3的直径小于圆饼形第一活塞1-2的内径。如此设置，所述第二圆形凸台4-3的直径比圆柱形杆状结构4-1的直径略大，增加了第二活塞推杆4与第一活塞推杆1的接触面积，提高了缓冲过程中设备的稳定性。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图4说明本实施方式，本实施方式的缓冲器外壳端盖2是一个带有螺栓孔的法兰盘结构，缓冲器外壳端盖2通过螺钉与缓冲器外壳8的上端面固接，缓冲器外壳端盖2的下端面设有第一环状凸台2-2，所述第一环状凸台2-2的外径与缓冲器外壳8的相匹配，实现缓冲器外壳端盖2通过第一环状凸台2-2与缓冲器外壳8实现径向定位。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述腿式组合缓冲器还包括档环10，档环10位于第一活塞1-2与圆柱形杆状结构4-1之间，档环10的外壁与第一活塞1-2的内圆柱面固接，第一活塞1-2的内圆柱面与圆柱形杆状结构4-1的外圆柱面间隙配合。如此设置，当外界冲击载荷碰撞到第一活塞推杆1时，档环10能够避免位于第一活塞推杆1下部的低密度金属蜂窝5结构压溃吸能的过程中嵌入第一活塞1-2与圆柱形杆状结构4-1形成的空隙内，阻碍第一活塞推杆1继续向下轴向运动，避免出现卡死的情况。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

工作原理

本发明的一种面向可回收火箭着陆机构的腿式组合缓冲器为两级缓冲器，当外界冲击载荷较小时，只有第一级缓冲结构起作用；当外界冲击载荷较大时，第一级缓冲结构先起作用，之后触发第二级缓冲结构起作用。

第一级缓冲结构：

如图2所示，第一级缓冲结构由第一活塞推杆1、拉刀3、低密度金属蜂窝5、缓冲腔体6组成。

第一级缓冲的工作原理：

当外界冲击载荷碰撞到第一活塞推杆1最上方的第一圆形凸台1-3时，第一活塞推杆1沿着轴线方向向下运动，此时同时存在两种缓冲形式来阻碍第一活塞推杆1向下运动，即低密度金属蜂窝5结构压溃吸能以及拉刀3通过切削吸能。具体如下：第一活塞推杆1沿着轴线方向向下运动时，第一活塞推杆1最下方的第一活塞1-2通过压缩低密度金属蜂窝5结构产生变性能实现吸能。同时，拉刀3具有三排刀齿，尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀3随着第一活塞推杆1向下轴向运动时，每个刀齿从缓冲腔体6内壁上切下一定厚度的金属，从而实现切削吸能，达到缓冲的目的。

本发明的第一活塞推杆1的空心筒状结构1-1向上延伸至缓冲器外壳端盖2的外部，保证第一级缓冲的过程中得到最大程度的缓冲，即低密度金属蜂窝5得到完全的压溃吸能。

第二级缓冲结构：

如图3所示，第二级缓冲结构由拉刀3、第二活塞推杆4、缓冲腔体6、高密度金属蜂窝7、底座9组成。

第二级缓冲的工作原理：

当外界冲击载荷较大时，第一活塞推杆1的最上端沿轴线向下运动到第二活塞推杆4最上端的第二圆形凸台4-3，此时外界冲击载荷通过第二圆形凸台4-3传递到第二活塞推杆4上，第一活塞推杆1推动第二活塞推杆4一起共同运动，至此第一级缓冲结束，并激活第二级缓冲开始作用。

第二活塞推杆4沿着轴线方向向下运动，此时同时存在两种缓冲形式来阻碍第一活塞推杆1向下运动，即高密度金属蜂窝7结构压溃吸能以及拉刀3通过切削吸能。具体如下：第二活塞推杆4最下方的第二活塞4-2通过压缩高密度金属蜂窝7结构产生变性能实现吸能。同时，拉刀3具有三排刀齿，尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀3随着第一活塞推杆1向下轴向运动时，每个刀齿从缓冲腔体6内壁上切下一定厚度的金属，从而实现切削吸能，至此形成第二级缓冲。