着陆缓冲装置的制作方法

本实用新型属于航空航天设备的技术领域，更具体地说，是涉及一种着陆缓冲装置。

背景技术：

随着航空航天技术的发展，如何降低运载火箭的发射成本成了整个航空航天工业面临的主要问题之一，可回收运载火箭不同于一般运载火箭，发射后即被废弃，其是可多次发射、重复使用的新型运载火箭，因此，可回收运载火箭是降低运载火箭发射成本的有效途径，其具有极高的军事和民用价值。

可回收运载火箭一般在完成运载任务后通过垂直返回技术返回着陆场，为了保证可回收运载火箭安全、可靠地着陆在着陆场上，需要通过缓冲装置降低其着陆速度和动能。目前，各国研究的缓冲装置主要有多孔材料式、液压式、切削式、薄壁金属管式、胀管式及磁流变液式，其中，多孔材料式缓冲装置主要有泡沫金属及金属蜂窝，泡沫金属材料在压缩时随着压缩行程的增大，其缓冲力也逐渐增大，导致整个缓冲过程中缓冲力不平稳，胶粘型的金属蜂窝，由于粘结剂在温度过高或过低时粘结强度大大下降导致蜂窝材料的温度适应性较差，不能用于环境较恶劣的场合；液压式缓冲装置必须很好地解决着陆缓冲装置的密封和温控问题，对着陆器的设计及工艺要求很高；切削式缓冲装置对刀具及金属套筒的加工精度及配合精度要求较高，否则将导致缓冲力出现较大波动；薄壁金属管式缓冲装置具有轻质高强、制造工艺简单、成本低的优点，但缓冲力波动性较大；胀管式缓冲装置由于其结构特点，最大缓冲行程仅为整体结构的一半，多用于航天座椅的缓冲吸能装置；磁流变液式缓冲装置还处于科学研究阶段，还不能应用于工程实际。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种着陆缓冲装置，以解决现有技术中，着陆缓冲装置无法同时满足质量轻、强度高、缓冲力平稳及环境适应性好的要求的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了一种用于可回收运载火箭的着陆缓冲装置，所述可回收运载火箭包括火箭本体，所述着陆缓冲装置包括可与所述火箭本体活动连接的用于辅助所述火箭本体保持垂直着陆的辅助着陆机构，以及相对两端可分别与所述火箭本体和所述辅助着陆机构活动连接的缓冲吸能机构，所述缓冲吸能机构包括可与所述火箭本体活动连接的外筒，容置于所述外筒内的吸能元件，以及一端与所述辅助着陆机构活动连接且另一端伸入所述外筒内与所述吸能元件抵顶的传力杆，所述吸能元件为由碳纤维或玻璃纤维多层缠绕制成的复合材料管。

进一步地，所述外筒包括筒体，相接于所述筒体的一端且可与所述火箭本体铰接的第一连接部，以及封盖于所述筒体的另一端且与所述筒体围合形成容置腔的盖体，所述复合材料管容置于所述容置腔内。

进一步地，所述传力杆包括穿设于所述盖体上的杆体，相接于所述杆体的一端且与所述辅助着陆机构铰接的第二连接部，以及相接于所述杆体的另一端且与所述复合材料管抵顶的抵压部，所述抵压部容置于所述容置腔内。

进一步地，所述第二连接部的表面呈球面状。

进一步地，所述复合材料管包括占铺层总数量的比例等于或大于60％的主铺层，所述主铺层的铺层角为±10°。

进一步地，所述辅助着陆机构包括一端可与所述火箭本体活动连接的支撑杆，以及分别与所述支撑杆的另一端和所述第二连接部连接的足垫，所述支撑杆的可与所述火箭本体活动连接的一端位于所述第一连接部的底侧。

进一步地，所述足垫与所述支撑杆铰接，且所述足垫与所述第二连接部铰接。

进一步地，所述辅助着陆机构包括相互倾斜且间隔设置的二所述支撑杆。

本实用新型提供的着陆缓冲装置的有益效果在于：采用了内置有复合材料管的缓冲吸能机构，由于复合材料管质量轻、强度高及耐热性好，并且当可回收运载火箭着陆时，通过传力杆将容置在外筒内的复合材料管压溃，来吸收可回收运载火箭着陆过程中产生的动能，使得可回收运载火箭着陆过程更加平稳，从而有效地解决了着陆缓冲装置无法同时满足质量轻、强度高、缓冲力平稳及环境适应性好的要求的技术问题，降低了整个可回收运载火箭的重量，提高了可回收运载火箭安全着陆的成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的可回收运载火箭的立体示意图；

图2为本实用新型实施例提供的着陆缓冲装置中缓冲吸能机构的立体示意图；

图3为本实用新型实施例提供的着陆缓冲装置中缓冲吸能机构的轴剖面示意图；

图4为本实用新型实施例提供的复合材料的偏轴坐标系示意图。

其中，图中各附图标记：

1—可回收运载火箭、10—火箭本体、20—着陆缓冲装置、21—辅助着陆机构、22—缓冲吸能机构、211—支撑杆、212—足垫、221—外筒、222—传力杆、 223—复合材料管、2210—容置腔、2211—筒体、2212—第一连接部、2213—盖体、2221—杆体、2222—第二连接部、2223—抵压部、θ—铺层角。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

还需要说明的是，在本实用新型所提供的实施例中，径向是指垂直于结构件中心轴线的方向，并且不管该结构件的横截面外轮廓是否为圆形。

请参阅图1至图3，现对本实用新型提供的着陆缓冲装置进行说明。可回收运载火箭1包括火箭本体10，该用于可回收运载火箭1的着陆缓冲装置20 包括辅助着陆机构21以及缓冲吸能机构22，其中，辅助着陆机构21可与火箭本体10活动连接，用于辅助火箭本体10保持垂直着陆；缓冲吸能机构22的相对两端可分别与火箭本体10和辅助着陆机构21活动连接，其包括外筒221、吸能元件以及传力杆222，外筒221可与火箭本体10活动连接，吸能元件容置在外筒221内，传力杆222的一端与辅助着陆机构21活动连接，并且传力杆 222的另一端伸入外筒221内与吸能元件抵顶，此处，吸能元件为由碳纤维或玻璃纤维多层缠绕制成的复合材料管223。

具体地，复合材料管223的一端与外筒221的底壁抵顶，复合材料管223 的另一端与传动杆222的一端抵顶，并且复合材料管223由3K(3000)碳纤维丝或3K玻璃纤维丝通过在线浸渍在环氧树脂胶和固化剂等混合制成的材料液中，并且连续缠绕在模具上，再经过固化成型后制成，使得复合材料管223具有五倍于钢铁的强度、可耐受2000℃以上的耐热性、高抗冲击性、低热膨胀系数、五分之一于钢铁的比重、优秀的抗腐蚀性和抗辐射性以及很好的各向异性。如此，保证复合材料管223在承受轴向挤压时发生周向破坏压溃，进而通过自身破碎抵抗轴向冲击力以吸收可回收运载火箭1着陆时的动能，而且当工作环境温度较高时，不会由于吸能性能发生较大变化而降低缓冲系统的可靠性，并且由于复合材料比强度和比模量高，可有效地降低整个着陆缓冲装置20的重量，有利于轻量化设计。

可回收运载火箭1着陆时，辅助着陆机构21先接触着陆平台，接着辅助着陆机构21将着陆平台的反冲击力导向缓冲吸能机构22，此时，传力杆222在反冲击力作用下继续伸入外筒221内，并且将复合材料管223压溃。

本实用新型提供的着陆缓冲装置20，与现有技术相比，有益效果在于：采用了内置有复合材料管223的缓冲吸能机构22，由于复合材料管223质量轻、强度高及耐热性好，并且当可回收运载火箭1着陆时，通过传力杆222将容置在外筒221内的复合材料管223压溃，来吸收可回收运载火箭1着陆过程中产生的动能，使得可回收运载火箭1着陆过程更加平稳，从而有效地解决了着陆缓冲装置无法同时满足质量轻、强度高、缓冲力平稳及环境适应性好的要求的技术问题，降低了整个可回收运载火箭的重量，提高了可回收运载火箭安全着陆的成功率。

进一步地，请参阅图2和图3，作为本实用新型提供的着陆缓冲装置的一种具体实施方式，上述外筒221包括筒体2211、第一连接部2212以及盖体2213，其中，第一连接部2212相接在筒体2211的一端，并且第一连接部2212可与上述火箭本体10铰接，盖体2213封盖在筒体2211的另一端，并且盖体2213与筒体2211围合形成容置腔2210，上述复合材料管223容置在容置腔2210内。具体地，盖体2213与筒体2211紧固连接，第一连接部2212与筒体2211焊接或一体成型，并且第一连接部2212上开设有第一安装孔，同时，在火箭本体 10上固定设置有连接凸耳，该连接凸耳上开设有第二安装孔，第一连接部2212 通过销轴穿设在第一安装孔和第二安装孔内与连接凸耳铰接，如此，有利于外筒221配合辅助着陆机构21转动合适的角度。

进一步地，请参阅图2和图3，作为本实用新型提供的着陆缓冲装置的一种具体实施方式，上述传力杆222包括杆体2221、第二连接部2222以及抵压部2223，其中，杆体2221穿设在上述盖体2213上，第二连接部2222相接在杆体2221的一端，并且第二连接部2222与上述辅助着陆机构21铰接，抵压部 2223相接在杆体2221的另一端，并且抵压部2223与上述复合材料管223抵顶，抵压部2223容置在上述容置腔2210内。具体地，第二连接部2222和抵压部 2223与杆体2221焊接或一体成型，杆体2221的径向宽度小于容置腔2210的径向宽度，抵压部2223的径向宽度大于杆体2221的径向宽度并且等于或小于容置腔2210的径向宽度，使得抵压部2223限位在容置腔2210内，并且可沿容置腔2210顺畅地滑动；此处，杆体2221可为实心的柱状件，使其结构强度更高，或为中空的筒状件，可进一步降低缓冲吸能机构22整体重量，根据具体情况和需求确定，此处不作唯一限定。

优选地，作为本实用新型提供的着陆缓冲装置的一种具体实施方式，上述复合材料管223包括比例不小于60％的主铺层，该主铺层的铺层角θ为±10°。具体地，如图4所示，Z方向代表主铺层中纤维丝的延伸方向，H方向代表垂直于主铺层中纤维丝延伸方向的方向，X方向代表铺层叠合后的延伸方向，Y 方向代表垂直于铺层叠合后延伸方向的方向，铺层角θ为Z方向与X方向的夹角。实验表明，当铺层角θ为±10°的主铺层数量占铺层总数量的比例不小于 60％时，复合材料管223具有较强的抗弯刚度，能抵抗较大的非轴向载荷，当管件较长时也不会发生整体弯曲而丧失吸能功能，保证了着陆缓冲装置20的吸能效果。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的着陆缓冲装置的一种具体实施方式，上述辅助着陆机构21包括支撑杆211和足垫212，其中，支撑杆211 的一端可与上述火箭本体10活动连接，并且支撑杆211的可与火箭本体10活动连接的一端位于上述第一连接部2212的底侧，足垫212分别与支撑杆211 的另一端和上述第二连接部2222连接，即支撑杆211与上述传力杆222相交于足垫212处，支撑杆211、上述缓冲吸能机构22可与火箭本体10围合形成一个三角形结构，这样有利于保障缓冲吸能机构22吸能过程的稳定性。

优选地，请参阅图1，作为本实用新型提供的着陆缓冲装置的一种具体实施方式，上述足垫212与上述支撑杆211铰接，并且足垫212与上述第二连接部2222铰接。这样足垫212可在支撑杆211与上述传力杆222的交接处灵活摆动，保证了足垫212的底面与着陆平台的顶面在缓冲吸能机构22吸能过程中始终保持贴合，进而保障了可回收运载火箭1着陆的稳定性。

优选地，请参阅图2，作为本实用新型提供的着陆缓冲装置的一种具体实施方式，上述第二连接部2222的表面呈球面状。具体地，在上述足垫212上开设有安装槽，该安装槽与第二连接部2222相适配，第二连接部2222容置在该安装槽内，这样第二连接部2222可绕安装槽实现多角度转动，使得传力杆222 与足垫212的连接更加灵活。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的着陆缓冲装置的一种具体实施方式，上述辅助着陆机构21包括两根支撑杆211，两根支撑杆211相互倾斜并且间隔设置。具体地，两根支撑杆211、上述缓冲吸能机构22可与上述火箭本体10围合形成一个立体三棱锥结构，当可回收运载火箭1着陆时，上述足垫212先接触着陆平台，接着足垫212将着陆平台的反冲击力导向缓冲吸能机构22，缓冲吸能机构22吸能的过程中逐渐收缩并且牵引两根支撑杆211向上摆动，即在两根支撑杆211共同牵引的作用下，限定传力杆222只能沿上述外筒221的延伸方向滑动，进而保障了缓冲吸能机构22吸能过程的稳定性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。