一种多气室排气式回收气囊的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航天地面试验回收技术领域，具体设及一种大型低压多气室排气式回 收气囊。
【背景技术】
[0002] 大型运载火箭在祀场发射前，必须进行相应的地面验证试验，随着我国航天事业 的飞速发展，对运载火箭的运载能力要求越来越高，火箭的整体尺寸也越来越大，为了降低 其本身重量，提高火箭有效载荷运载能力，火箭的结构要求越来越薄。因此，在地面进行大 型分离试验中，极易可能导致产品的损伤、破坏。
[0003] 对于过去较大形结构的地面分离回收，国内通常采用铺设海绵类泡沫材料、沙子 等方法，得出了一些回收经验参数。但该方法即存在缓冲过载不易调节的困难，又存在回收 体发生反弹造成二次冲击的危险，且在试验现场需要配备大量厚度的缓冲材料，费时费力。 上世纪90年代美国、俄罗斯等航天大国开始采用气囊缓冲系统实现探测器的软着陆。例 如，1997年的"火星探路者号"和2004年"勇气号"、"机遇号"火星探测器均采用了气囊缓 冲系统实现软着陆。随着我国航天事业的发展，地面分离试验回收产品的尺寸越来越大，重 量越来越重，结构刚度越来越低，而分离速度则越来越大，因此，设计采用全新的高强度气 囊缓冲回收方案成为一个全新研究领域。
【发明内容】
[0004] 大型低压多气室排气式缓冲回收气囊其主要技术原理是在缓冲过程中，利用气囊 体材料的弹塑性变形、气囊体内部气体的压缩、气囊体内气体排出、材料的阻尼等来吸收碰 撞时产生的能量，W实现对保护物的缓冲回收。通过控制初始气囊体体积、初始充气压力、 初始排气压力、排气口面积及气囊体材料等参数W达到所需整体缓冲效果，使结构最后剩 余尾速度小于Im/s，最后由下面的薄层海绵缓冲剩余速度，达到对结构的安全回收。
[0005] 本发明提供的一种大型低压多气室排气式回收气囊，其外部为长方形气囊体，内 部通过气室隔墙平均分为单独的气室，相邻气室通过气室通孔连通，每个气室外部的气囊 体上有排气孔，所述排气孔通过排气膜片封闭，排气膜片由金属框和盖板通过螺钉固定。排 气孔用于控制气囊的排气过程，限制缓冲过载，并保持缓冲过程的稳定性。气囊缓冲时，排 气口开始是封闭的，运样气囊体被压缩，气囊内的压力升高。当压力升到气囊的排气压力 时，排气口瞬间打开，气囊开始向外排气。运样既消减了缓冲过载，又抑制了反弹，直到回收 产品完全静止下来。
[0006] 所述气囊体外部还有充气孔、压力传感器放置口，充气孔为气囊体快速充气，通过 该压力传感器放置口将压力传感器放入气囊体内部，测量缓冲过程中气囊内部的压力变化 过程。
[0007] 所述气室为8个，每个气室的宽是气囊体宽的一半，长是气囊体长的1/4。
[0008] 所述气囊体为密封不漏气化工凯夫拉材料。
[0009] 所述气囊体下方铺设海绵，W缓冲回收产品的剩余速度。
[0010] 所述排气膜片是塑料薄膜。
[0011] 本发明的有益效果如下：
[0012] 本发明与现有技术相比设计简单、质量轻、缓冲过载易于调节，能够充分实现对缓 冲过载定量控制并避免发生二次反弹。本发明所述的回收气囊首次用于大型薄壳航天器结 构的安全回收。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的多气室排气式回收气囊的正视图；
[0014] 图2是本发明的多气室排气式回收气囊的侧视图；
[0015] 图3本发明的多气室排气式回收气囊的俯视图；
[0016] 其中，1-排气孔2-气室隔墙3-气室通孔5-充气孔6-排气膜片7-压力传感 器放置口
[0017] 图4是本发明中排气孔的结构示意图；
[001引图5是实施例中气囊压力时间历程曲线图；
[0019] 图6是实施例中气囊缓冲过载对比曲线图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所 描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例， 本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要 求保护的范围。
[0021] W回收整流罩为例，回收技术条件如下：
[0022] ?模型质量 1300kg; ?模型直径 5.2m; ?着陆缓冲速度 8.3m/s; ?平均缓冲过载 《4g; ?峰值缓冲过载 《7g; ?最终着陆速度 《Im/s; ?有效缓冲行程 《1.6m,
[0023] 通过计算选择充气压力、初始排气压力、排气口面积、气室分布、气囊体材料强度 等参数对整流罩回收过载精确控制。
[0024] 如图1所示，本发明回收气囊外部为长方形气囊体，内部通过气室隔墙平均分为 单独的8个气室，相邻气室通过气室通孔连通，每个气室外部的气囊体上有排气孔，所述排 气孔通过排气膜片封闭，排气膜片为塑料薄膜，由金属框和盖板通过螺钉固定。气囊体外部 还有充气孔、压力传感器放置口，通过该压力传感器放置口将压力传感器放入气囊体内部。
[0025] 气囊体选择4500N/5cm密封不漏气化工凯夫拉材料，并选择高强度缝合线在连接 处缝制，达到整体5000N/5cm的强度设计要求。
[00%] 通过预试验确定初始排气口的动态失效强度，试验中选定初始排气压力为0. 002 大气压。
[0027] 如图4所示，排气孔内径〇420mm，每个气室一个，沿着气囊轴向半高位置设置，初 始排气压力设计为0. 002大气压。每个排气孔通过32个螺钉及塑料膜片、橡皮绳、厚度为 1mm圆形盖板进行封闭。
[0028] 在气囊下方铺设厚度为300mm的海绵作为二级缓冲。
[0029] 将封闭好的折叠气囊按正确方位水平放置在海绵上。
[0030] 通过充气口对折叠气囊进行补气，通过压力传感器精确控制初始充气压力。
[0031] 通过回收产品重量加工生产模拟配重，并根据回收条件设计自由配重自由落体距 离气囊上表面高度，保证配重接触气囊上表面时速度等于8. 3m/s，即保证两则回收动能一 致。
[0032] 通过在模拟配重上安装过载传感器测量整个缓冲过载中配重所受的过载时间历 程，根据过载时间历程计算得到配重落地剩余速度。
[0033] 实施结果如图6所示，所产生的过载峰值为4. 5g，脉宽约250ms，能够实现整流罩 的安全回收。
[0034] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对运些实施例的多种修改对本领域的专利技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一 般原理可W在不脱离本发明范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限 制于本文所示的运些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范 围。
【主权项】
1. 一种大型低压多气室排气式回收气囊，其外部为长方形气囊体，内部通过气室隔墙 平均分为单独的气室，相邻气室通过气室通孔连通，每个气室外部的气囊体上有排气孔，其 特征在于，所述排气孔通过排气膜片封闭，排气膜片由金属框和盖板通过螺钉固定。2. 根据权利要求1所述的一种大型低压多气室排气式回收气囊，其特征在于，所述气 囊体外部还有充气孔、压力传感器放置口，通过该压力传感器放置口将压力传感器放入气 囊体内部。3. 根据权利要求1所述的一种大型低压多气室排气式回收气囊，其特征在于，所述气 室为8个，每个气室的宽是气囊体宽的一半，长是气囊体长的1/4。4. 根据权利要求1或2所述的一种大型低压多气室排气式回收气囊，其特征在于，所述 气囊体为密封不漏气化工凯夫拉材料。5. 根据权利要求1或2所述的一种大型低压多气室排气式回收气囊，其特征在于，所述 气囊体下方铺设海绵。6. 根据权利要求1或2所述的一种大型低压多气室排气式回收气囊，其特征在于，所述 排气膜片是塑料薄膜。
【专利摘要】本实用新型公开了一种大型低压多气室排气式回收气囊，其外部为长方形气囊体，内部通过气室隔墙平均分为单独的气室，相邻气室通过气室通孔连通，每个气室外部的气囊体上有排气孔，所述排气孔通过排气膜片封闭，排气膜片由金属框和盖板通过螺钉固定。本实用新型设计简单、质量轻、缓冲过载易于调节，能够充分实现对缓冲过载定量控制并避免发生二次反弹。本实用新型所述的回收气囊用于大型薄壳航天器结构的安全回收。
【IPC分类】B64G5/00
【公开号】CN205076061
【申请号】CN201520794384
【发明人】刘陆广, 蔡劭佳, 赵卓茂, 于杨, 冯伟干, 张建华, 姚保江
【申请人】北京强度环境研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月14日