供气连接器的制作方法

本申请属于航空航天技术领域，具体涉及一种用于航天运载器的供气连接器。

背景技术：

为减少航天运载器与地面供气系统之间的接口数量，一般将多路供气管路组合成一个供气连接器，使多路供气管路与航天运载器实现整体对接和脱落，从而降低供气脱落风险、增加系统的可靠性。尤其是零秒脱落的供气连接器要求其必须在航天运载器点火后能自动脱落，这对连接器脱落的可靠性提出了更高的要求。

传统的供气连接器一般置于航天运载器尾部，且沿航天运载器轴向分布；沿航天运载器径向分布的供气连接器一般只能被动拉脱落，而不能主动解锁脱落。

技术实现要素：

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种供气连接器。

根据本申请实施例，本申请提供了一种供气连接器，其包括活门、第一球锁、地面气路板和第二球锁；所述第一球锁安装在所述活门；所述第二球锁安装在所述地面气路板中，所述第二球锁与地面气路板连接成一个整体，构成连接器本体；所述连接器本体通过所述第一球锁与所述活门连接锁紧；

所述活门上沿其圆周方向安装有多个气路插头，所述地面气路板上设置有对应的气路插座，所述气路插头与气路插座配合构成供气管路通道；

所述第一球锁通过主动解锁方式实现所述第一球锁和连接器本体与所述活门之间的分离，或者所述连接器本体通过被动解锁方式实现所述连接器本体与活门之间的分离；所述主动解锁方式与被动解锁方式相互独立，互为冗余备份。

上述供气连接器中，所述活门的中心处开设有第一安装孔，所述第一球锁安装在所述第一安装孔中。

进一步地，所述第一球锁包括第一球锁碗，所述第一球锁碗中设置有活塞，所述活塞上部的侧壁与所述第一球锁碗的内壁配合，以便于所述活塞以所述第一球锁碗的内壁为导向作轴向运动；所述活塞下部的侧壁上设置有第一球面沟槽；靠近所述活塞顶部的所述第一球面沟槽的曲率半径小于靠近所述活塞底部的所述第一球面沟槽的曲率半径；

所述第一球锁碗的侧壁上开设有第一锥孔，所述第一锥孔处设置有第一钢球；

在所述第一安装孔处的所述活门的内壁上开设有第二球面沟槽；

所述活塞以所述第一球锁碗的内壁为导向作轴向运动时，所述第一钢球能够通过被压紧在靠近所述活塞顶部的第一球面沟槽和所述第二球面沟槽之间，以实现所述第一球锁与活门的连接锁紧，或者，所述第一钢球能够缩回所述第一球锁碗内。

更进一步地，所述第一球锁还包括弹簧座和第一弹簧，所述弹簧座设置在所述第一球锁碗的顶部；所述第一弹簧设置在所述弹簧座与活塞之间的空间中；

在所述活塞的顶面上，自所述活塞的顶部向底部方向开设有安装沟槽，所述安装沟槽的内部为导向柱；所述第一弹簧套在所述导向柱上，其一端设置在所述安装沟槽中，其另一端与所述弹簧座接触。

更进一步地，在所述活塞的底面上，自所述活塞的底部向所述活塞的顶部方向凸设有球窝；所述球窝与工装顶杆的顶端匹配设置，对工装顶杆起导向作用。

更进一步地，位于所述弹簧座的底面上，在所述第一弹簧的外侧还设置有缓冲垫，所述缓冲垫用于防止所述活塞与弹簧座直接相撞。

更进一步地，靠近所述活塞的底部，在所述活塞的外侧设置有第一密封圈，所述第一密封圈用于进行初始密封。

更进一步地，靠近所述第一球锁碗的底部，在所述第一球锁碗的外侧设置有第二密封圈，所述第二密封圈用于对所述第二球锁和第一球锁对接后形成的供气通道进行密封。

更进一步地，位于所述第一球锁碗的侧壁上，在所述第一锥孔下方沿所述第一球锁碗的周向间隔设置有多个圆孔，所述圆孔用于排出所述第一球锁与活门主动解锁后的压缩气体。

上述供气连接器中，所述地面气路板的中心处开设有第二安装孔，所述第二球锁固定安装在所述第二安装孔中。

进一步地，所述第二球锁包括第二球锁碗和接管嘴，所述第二球锁碗包括中空管，所述中空管与第一球锁碗对接；所述接管嘴设置在所述中空管下部的侧壁上，通过所述接管嘴向所述第二球锁碗内通入压缩气体。

更进一步地，所述第二球锁碗还包括第一台阶组和第二台阶组，所述第一台阶组和第二台阶组均绕设在所述中空管的外壁上，且沿所述中空管的径向向远离所述中空管的方向设置；所述第一台阶组包括两个以所述中空管的中轴线为对称轴对称设置的台阶对，每个台阶对中的两个台阶通过第一弧形壁连接；

沿所述中空管的轴向，所述第二台阶组对应设置在所述第一台阶组的下方；所述第二台阶组包括两个对称设置的台阶对，每个台阶对中的两个台阶通过第二弧形壁连接；所述第一台阶组中的台阶对与对应的所述第二台阶组中的台阶对之间设置有限位圆弧板。

更进一步地，所述第二球锁还包括第二球锁套、第二钢球和第二弹簧；

所述第二球锁套包括套筒，沿所述套筒的圆周方向，在所述套筒上部的侧壁上向所述套筒的底端均匀间隔开设有u型槽，所述u型槽在所述套筒圆周方向的两侧分别为短套脚和长套脚；

所述套筒上部的内壁设置有第三球面沟槽；靠近所述套筒顶部的所述第三球面沟槽的曲率半径大于靠近所述套筒底部的所述第三球面沟槽的曲率半径；

所述第三球面沟槽下方的所述套筒上部的内壁与所述中空管接触；

所述第二球锁碗上部的侧壁上开设有第二锥孔，所述第二钢球设置在所述第二锥孔处；

与靠近所述套筒底部的所述第三球面沟槽相对应，在所述第一球锁碗下部的外壁上开设有第四球面沟槽；

所述第二弹簧套设在所述第二球锁碗上；所述第二弹簧的一端与所述套筒的底端接触，其另一端与所述第一台阶组中台阶对的顶端接触；

所述沿套筒的径向，在所述长套脚的下部安装有销轴，所述销轴的一端设置有开口销；所述销轴的中部开设有螺纹孔，所述螺纹孔中设置有解锁螺钉，所述解锁螺钉的一端抵住所述中空管的底端；

在所述销轴上或解锁螺钉上连接有被动限位钢丝绳，所述限位钢丝绳的一端与所述销轴或解锁螺钉连接，其另一端与勤务臂或固定托架连接。

上述供气连接器中，所述地面气路板上还设置有状态检测元件，所述状态检测元件用检测所述活门与地面气路板是否分离。

根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请供气连接器能够提供主动脱落和被动拉脱两种相互独立、互为冗余备份的解锁方式，进而提高供气连接器的脱落可靠性和本质安全性；本申请供气连接器能够自动解锁脱落、满足零秒脱落的需求；本申请供气连接器结构紧凑、使用简单、重量轻，可适用于多路供气。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的一种供气连接器的总成结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种供气连接器中第一球锁的整体结构示意图。

图3为本申请实施例提供的一种供气连接器中第一球锁的剖视图。

图4为本申请实施例提供的一种供气连接器中第二球锁的整体结构示意图。

图5为本申请实施例提供的一种供气连接器中第二球锁的剖视图。

图6为本申请实施例提供的一种供气连接器中第二球锁碗的剖视图。

附图标记说明：

1、活门；11、气路插头；

2、第一球锁；

21、第一球锁碗；211、圆孔；212、喇叭口；213、第四球面沟槽

22、活塞；221、安装沟槽；222、导向柱；223、球窝；224、第一球面沟槽；

23、弹簧座；24、第一弹簧；25、第一钢球；26、缓冲垫；27、第一密封圈；28、第二密封圈；

3、地面气路板；31、气路插座；32、状态检测元件；

4、第二球锁；

41、第二球锁碗；411、中空管；412、第一台阶组；413、第二台阶组；414、第一弧形壁；415、螺钉孔；416、第二弧形壁；417、螺钉；418、限位圆弧板；

42、第二球锁套；421、套筒；4211、第三球面沟槽；422、u型槽；423、短套脚；424、长套脚；

43、第二钢球；44、第二弹簧；45、销轴；46、开口销；47、解锁螺钉；48、接管嘴；49、限位钢丝绳。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。

本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

图1为本申请实施例提供的一种供气连接器的总成结构示意图。

如图1所示，本申请实施例提供的供气连接器包括活门1、第一球锁2、地面气路板3和第二球锁4。活门1中安装有第一球锁2。地面气路板3中安装有第二球锁4，第二球锁4与地面气路板3连接成一个整体，构成连接器本体。连接器本体通过第一球锁2与活门1连接锁紧。

活门1上沿其圆周方向安装有多个气路插头11，地面气路板3上设置有对应的气路插座31，气路插头11与气路插座31配合使用，并通过o形圈径向密封，每对气路插头11与气路插座31均构成一路供气管路通道。

第一球锁2通过主动解锁方式实现第一球锁2和连接器本体与活门1之间的分离，或者连接器本体通过被动解锁方式实现连接器本体与活门1之间的分离。其中，主动解锁方式与被动解锁方式相互独立，互为冗余备份。

在一个具体的实施例中，活门1的中心处开设有第一安装孔，第一球锁2安装在第一安装孔中。

图2为本申请实施例提供的一种供气连接器中第一球锁的整体结构示意图。图3为本申请实施例提供的一种供气连接器中第一球锁的剖视图。

具体地，如图2和3所示，第一球锁2包括第一球锁碗21、活塞22、弹簧座23、第一弹簧24和第一钢球25。

第一球锁碗21中设置有活塞22，在活塞22的顶面上，自活塞22的顶部向底部方向开设有安装沟槽221，安装沟槽221的内部为导向柱222。安装沟槽221的深度与导向柱222的高度相等，且安装沟槽221的深度小于活塞22的高度。

第一球锁碗21的顶部设置有弹簧座23。具体地，弹簧座23可以通过螺纹、销等可拆卸连接方式或过盈配合等不可拆卸方式安装在第一球锁碗21的顶部。

弹簧座23与活塞22之间设置有第一弹簧24，第一弹簧24套在导向柱222上，其一端设置在安装沟槽221中，其另一端与弹簧座23接触。第一弹簧24安装到位后有一定的预压缩量，能够为活塞22提供预设的初始压力。

在活塞22的底面上，自活塞22的底部向活塞22的顶部方向凸设有球窝223。球窝223与工装顶杆的顶端匹配设置，对工装顶杆起导向作用，以便于工装顶杆将第一球锁2安装在活门1中。

活塞22上部的侧壁与第一球锁碗21的内壁为小间隙配合，以便于活塞22以第一球锁碗21的内壁为导向作轴向运动。活塞22下部的侧壁上设置有第一球面沟槽224。靠近活塞22顶部的第一球面沟槽224的曲率半径小于靠近活塞22底部的第一球面沟槽224的曲率半径。

第一球锁碗21的侧壁上开设有第一锥孔，第一钢球25设置在第一锥孔处。与靠近活塞22顶部的第一球面沟槽224相对应，在第一安装孔处的活门1的内壁上开设有第二球面沟槽。

在第一弹簧24提供的预压缩提力的作用下，第一钢球25的一端与第一球面沟槽224接触，其另一端与第二球面沟槽接触，最终第一钢球25被压紧在靠近活塞22顶部的第一球面沟槽224和第二球面沟槽之间，以实现第一球锁2与活门1的连接锁紧。

如图3所示，位于弹簧座23的底面上，在第一弹簧24的外侧还设置有缓冲垫26，缓冲垫26用于在采用气动主动解锁方式时进行缓冲，防止在压缩气体通入第二球锁4和第一球锁2对接后形成的供气通道中时活塞22与弹簧座23直接接触而导致活塞22或弹簧座23被撞坏的情况的发生。

靠近活塞22的底部，在活塞22的外侧设置有第一密封圈27，第一密封圈27用于进行初始密封，以便于第二球锁4和第一球锁2对接后形成的供气通道中的气压往上升。

靠近第一球锁碗21的底部，在第一球锁碗21的外侧设置有第二密封圈28，第二密封圈28用于对第二球锁4和第一球锁2对接后形成的供气通道进行密封。

位于第一球锁碗21的侧壁上，在第一锥孔下方沿第一球锁碗21的周向间隔设置有多个圆孔211，圆孔211用于排出第一球锁2与活门1主动解锁后的压缩气体。

第一球锁碗21的底部设置为喇叭口212，喇叭口212的设置便于减少气体流动阻力。

在一个具体的实施例中，地面气路板3的中心处开设有第二安装孔，第二球锁4固定安装在第二安装孔中。

图4为本申请实施例提供的一种供气连接器中第二球锁的整体结构示意图。图5为本申请实施例提供的一种供气连接器中第二球锁的剖视图。图6为本申请实施例提供的一种供气连接器中第二球锁碗的剖视图。

具体地，如图4和图5所示，第二球锁4包括第二球锁碗41、第二球锁套42、第二钢球43、第二弹簧44、销轴45、解锁螺钉47、接管嘴48和限位钢丝绳49。

如图6所示，第二球锁碗41包括底端封闭的中空管411、第一台阶组412和第二台阶组413。第一台阶组412和第二台阶组413均绕设在中空管411的外壁上，且沿中空管411的径向向远离中空管411的方向设置。

第一台阶组412包括两个以中空管411的中轴线为对称轴对称设置的台阶对，每个台阶对中的两个台阶通过第一弧形壁414连接，每个台阶中沿中空管411的径向设置有螺钉孔415。

沿中空管411的轴向，第二台阶组413对应设置在第一台阶组412的下方。第二台阶组413包括两个对称设置的台阶对，每个台阶对中的两个台阶通过第二弧形壁416连接，每个台阶中沿中空管411的径向设置有螺钉孔415。

与台阶中设置的螺钉孔415相对应，第二安装孔处的地面气路板3的侧壁上也设置有螺钉孔415，螺钉417依次穿过地面气路板3上的螺钉孔415和第二球锁碗41上的螺钉孔415后，将第二球锁4与地面气路板3固定连接在一起，构成连接器本体。

第一台阶组412中的台阶对与对应的第二台阶组413中的台阶对之间设置有限位圆弧板418。

如图4和图5所示，第二球锁套42包括套筒421，沿套筒421的圆周方向，在套筒421上部的侧壁上向套筒421的底端均匀间隔开设有多条u型槽422，u型槽422在套筒421圆周方向的两侧分别为短套脚423和长套脚424。

具体地，沿套筒421的圆周方向，在套筒421上部的侧壁上向套筒421的底端均匀间隔开设有四条u型槽422，这样第二球锁套42中有两条长套脚424和两条短套脚423。其中，两条长套脚424和两条短套脚423均关于套筒421的中轴线对称。

其中，短套脚423与第一弧形壁414贴合，第一弧形壁414对第二球锁套42沿第二球锁碗41轴线方向的运动起导向作用；短套脚423位于限位圆弧板418上方，短套脚423与限位圆弧板418配合，对第二球锁套42相对于第二球锁碗41的轴向运动进行限位。

第二弧形壁416的厚度大于第一弧形壁414的厚度，具体地，第二弧形壁416的厚度等于第一弧形壁414的厚度与短套脚423的厚度之和。

套筒421上部的内壁设置有第三球面沟槽4211。靠近套筒421顶部的第三球面沟槽4211的曲率半径大于靠近套筒421底部的第三球面沟槽4211的曲率半径。

第二球锁套42套设在第二球锁碗41上，其中，第三球面沟槽4211下方的套筒421上部的内壁与第二球锁碗41中的中空管411接触。中空管411上部的侧壁上开设有第二锥孔。第二钢球43设置在第二锥孔处。与靠近套筒421底部的第三球面沟槽4211相对应，在第一球锁碗21下部的外壁上开设有第四球面沟槽213。

第二弹簧44套设在中空管411上，且位于长套脚424和短套脚423与中空管411之间的空间中。第二弹簧44的一端与套筒421的底端接触，其另一端与第一台阶组412中台阶对的顶端接触。

第二钢球43安装后，第二弹簧44处于预压缩状态，给第二球锁套42提供沿其轴线向上的压紧力。在第二弹簧44提供的预压缩压紧力的作用下，第二钢球43的一端与第三球面沟槽4211接触，其另一端与第四球面沟槽213接触，最终第二钢球43被压紧在第三球面沟槽4211和第四球面沟槽213之间，以实现连接器本体与第一球锁2的连接锁紧。

另外，短套脚423与限位圆弧板418配合，对第二球锁套42在其轴向上相对于第二球锁碗41运动的距离进行限位，从而防止被动解锁时第二钢球43掉落或第二弹簧44被压坏。

如图3所示，沿套筒421的径向，在长套脚424的下部安装有销轴45，销轴45的一端设置有开口销46，以使销轴45与第二球锁套42连接。在销轴45的中部开设有螺纹孔，螺纹孔中设置有解锁螺钉47，解锁螺钉47的一端抵住中空管411的底端。

在中空管411下部的侧壁上连接有接管嘴48，通过接管嘴48可以向中空管411内通入压缩气体。

在销轴45上或解锁螺钉47上连接有被动限位钢丝绳49。限位钢丝绳49的一端与销轴45或解锁螺钉47连接，其另一端与勤务臂或固定托架连接。航天运载器起飞后，限位钢丝绳49的长度受限并带动第二球锁套42向下移动，进而可以实现连接器本体与第一球锁2和活门1之间的解锁。

将连接器本体与第一球锁2和活门1进行对接时，其具体过程为：

首先，将第一球锁2安装在活门1中，其具体过程为：

将顶杆插入第一球锁碗21中，直至顶杆的顶端到达活塞22底部的球窝223，向弹簧座23方向推动顶杆，使第一钢球25缩回第一球锁碗21内。

将第一球锁2置于活门1的第一安装孔中，将顶杆从第一球锁碗21中撤出。

在第一弹簧24的弹力作用下，活塞22将第一钢球25通过第一锥孔压紧在第一球面沟槽224与第二球面沟槽之间，完成第一球锁2与活门1之间的连接锁紧。

其次，将连接器本体与第一球锁2连接，其具体过程为：

旋进解锁螺钉47，以使销轴45带动第二球锁套42相对于第二球锁碗41向下移动，使得第二钢球43缩回至靠近套筒421顶部的第三球面沟槽4211中。

将第二球锁4与第一球锁2对接，安装到位后，退出解锁螺钉47。

在第二弹簧44的弹力作用下，第二球锁套42将第二钢球43通过第二锥孔压紧在第三球面沟槽4211与第四球面沟槽213之间，完成连接器本体与第一球锁2之间的连接锁紧。

本申请提供的供气连接器能够提供气动主动解锁和限位钢丝绳49被动解锁这两种相互独立、互为冗余备份的解锁方式，从而提高供气连接器零秒脱落的高可靠性。

第二球锁碗41和第一球锁碗21对接到位后，第二球锁碗41的内腔与第一球锁碗21通过第二密封圈28密封，形成解锁气供气通道。从第二球锁4上的接管嘴48向供气通道内通入压缩气体，压缩气体可以使活塞22克服第一弹簧24的压紧力向上移动，使得第一钢球25缩回至第一球锁碗21中，实现第一球锁2与活门1的主动解锁。解锁后，压缩气体通过第一球锁碗21上周向分布的多个圆孔211进入活门1与连接器本体之间的环腔内，进一步推动连接器本体和活门1之间的分离。

当第一球锁2卡在活门1上无法主动解锁时，在航天运载器起飞后，限位钢丝绳49在长度限制下收紧，带动第二球锁套42沿第二球锁碗41向下移动，实现第二球锁4与第一球锁2之间的分离，进而实现连接器本体与第一球锁2和活门1之间的被动解锁分离。上述各实施例中提到的航天运载器具体地可以为火箭。

在一个具体的实施例中，地面气路板3上还设置有状态检测元件32，状态检测元件32用检测活门1与地面气路板3是否分离。状态检测元件32与外部控制器连接，状态检测元件32将采集到的状态信号发送给外部控制器，由外部控制器判断活门1与地面气路板3是否分离。具体地，状态检测元件32可以采用按钮开关、接近开关等。

本申请供气连接器结构紧凑、使用简单、重量轻，可适用于多路供气。本申请供气连接器能够自动解锁脱落、满足零秒脱落的需求；

本申请供气连接器能够提供主动脱落和被动拉脱两种相互独立、互为冗余备份的解锁方式，进而提高供气连接器的脱落可靠性和本质安全性。

本申请供气连接器可以在航天运载器的轴向和径向安装，适应性好。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。