一种高速物体柔性捕获装置及捕获方法与流程

本发明涉及一种高速物体的柔性捕获装置及捕获方法，属于高速物体的柔性捕获技术领域。

背景技术：

在航天器、航空器上，广泛使用弹射类火工品。弹射火工品在工作时会产生弹射分离物，这些分离物通常具有0m/s～50m/s的速度，高速分离物有时候会危及其它设备的安全，需要对其捕获或回收。常用的高速分离物捕获方法主要是在结构设计上采取限位措施(如限位凸台、限位钢丝绳等)，或者刚性吸能捕获装置(如铝蜂窝等吸能材料吸能、结构膨胀等材料塑性变形吸能等)。

现有的技术在某些应用场合有局限性，主要表现在：

1)采用刚性结构，需占据固定的空间，在某些需要利用分离物运动方向的应用场合具有局限性；

2)采用限位装置的捕获装置，在活塞运动方向上占用了部分空间，空间利用率低；

3)现有的技术多采用刚性材料，质量重，冲击大，适合回收小型分离物。

技术实现要素：

发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，本发明是一种高速物体的柔性捕获装置及捕获方法，采用柔性材料，重量轻，不占用固定空间位置，分离物与被加速物体可在同一方向运动，空间利用率高，可以回收较大型高速分离物。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

一种高速物体柔性捕获装置，包括：捕获包体(1)、横向加强带(2)、纵向加强带(3)、撕裂式吸能装置(4)；

捕获包体(1)为空心柱状，捕获包体(1)的一端封闭，形成包底；捕获包体(1)的另一端开口，形成包口；

捕获包体(1)为柔性材料，横向加强带(2)为多根，横向加强带(2)平行于捕获包体(1)的端面布置，且在捕获包体(1)侧壁外均匀分布，并缝合在捕获包体(1)上；纵向加强带(3)为多根，纵向加强带(3)缝合在捕获包体(1)上，且与横向加强带(2)垂直，纵向加强带(3)在捕获包体(1)侧壁外均匀分布；

撕裂式吸能装置(4)为纵向加强带(3)的延伸，局部折叠后，在折叠位置用缝线缝纫，形成吸能缝合部(6)，撕裂式吸能装置(4)端头形成连接环套(5)；

捕获包体(1)置于一个加速容腔内，加速容腔内形成分离物的运动通道，被加速体位于捕获包体(1)内；

加速容腔为柱形腔体，柱形腔体的一端封闭，另一端开口，将高速物体柔性捕获装置置于加速容腔内，撕裂式吸能装置的连接环套(5)与加速容腔的开口位置的固定点连接，捕获包体(1)的包底与加速容腔的封闭一端之间设置有分离物，柱形腔体的封闭一端内设置有能够爆炸的火工品；

即在外力作用下，分离物高速运动，推动被加速体加速，分离物进入捕获包体(1)内，当纵向加强带(3)张紧后，撕裂式吸能装置(4)上的吸能缝合部(6)撕裂，吸收分离物动能，降低分离物速度；当撕裂式吸能装置(4)上的吸能缝合部(6)完全撕裂后，分离物的剩余动能被捕获包纵向加强带(3)吸收，分离物被捕获包完全捕获，被加速体与柔性捕获装置分离，被加速体继续飞行，柔性捕获装置工作完成。

横向加强带(2)、纵向加强带(3)、撕裂式吸能装置(4)为柔性带类纺织品。

捕获包体(1)为柔性材料制成。

一种高速物体柔性捕获方法，步骤如下：

(1)将捕获包体(1)置于分离物的运动通道上，位于分离物和被加速体之间，被加速体放置在捕获包体(1)内，捕获包的连接套环与固定点连接；

(2)在外力作用下，分离物迅速加速，推动被加速体加速运动。由于捕获包体(1)位于分离物运动通道上，所以分离物运动时进入捕获包体(1)，当纵向加强带张紧时，捕获包体(1)拦阻分离物，被加速体继续运动；；

(3)在分离物惯性力作用下，撕裂式吸能装置(4)的吸能缝合部(6)逐渐撕裂打开，吸收分离物动能，为分离物减速，直至撕裂式吸能装置(4)的吸能缝合部(6)完全撕裂打开，随后纵向加强带承受分离物剩余速度的冲击，将分离物减速到零，即被柔性捕获装置捕获，被加速体继续运动，柔性捕获装置工作完成。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)本发明使用柔性材料，占用体积小，重量轻，可回收较大型高速分离物，可以作为航空航天器分离物捕获回收的一种手段，提高系统安全性；

(2)本发明无多余物，无分离物，无污染，无噪声，安全性好；

(3)本发明用撕裂式吸能装置吸收分离物动能，冲击小。

附图说明

图1为本发明基本组成示意图；

图2为本发明分离物捕获过程示意图；

图3为撕裂结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思路为：提出一种高速物体的柔性捕获装置及捕获方法。本发明涉及的柔性捕获装置由柔性纺织材料经缝纫制成，主要包括绸布制成的主体结构，横向加强带和纵向加强带构成的主承力网络结构，以及以撕裂式缝合部构成的吸能结构。本发明涉及的高速物体捕获方法将捕获包体放置于分离物与被加速物体之间，依靠撕裂式缝合部初步吸收分离物动能，纵向加强带及捕获包体吸收分离物剩余动能。与传统刚性捕获装置相比，本发明具有质量轻、体积小、冲击小，无分离物、无污染、无噪声、安全性好等优点。本发明可用于回收各种高速分离物，可以作为航空航天器分离物捕获回收的一种手段，提高系统安全性。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

本发明涉及的高速物体柔性捕获装置的基本结构形式如图1所示，其特征在于包括：捕获包体(1)、横向加强带(2)、纵向加强带(3)、撕裂式吸能装置(4)；

捕获包体(1)为柱状，捕获包体(1)的一端封闭，形成包底；捕获包体(1)的另一端开口，形成包口。捕获包体(1)的截面形状与分离物的截面形状相同，捕获包体(1)的长度优选按照下式计算：

式中：L_bt为捕获包体(1)的长度，S为捕获包的最大允许运动行程，L_s撕裂式吸能装置撕裂后的长度，L_f为连接环套(5)及辅助缝合部的长度。

捕获包体(1)为柔性材料，材料需求强度优选按照下式计算：

式中：T_bt为捕获包体(1)的需求强度(单位：N/50mm)；F_max为捕获包的最大使用载荷(单位：N)；S_bt为捕获包体(1)截面承力周长(单位：m)。

横向加强带(2)为多根，横向加强带(2)平行于捕获包体(1)的端面布置，且在捕获包体(1)侧壁外均匀分布，并缝合在捕获包体(1)上；横向加强带的强度优选为纵向加强带强度的1/3，提高捕获效果。

纵向加强带(3)为多根，纵向加强带(3)缝合在捕获包体(1)上，且与横向加强带(2)垂直，纵向加强带(3)在捕获包体(1)侧壁外均匀分布。纵向加强带(3)的数量由下式计算：

式中：N_zx为纵向加强带(3)数量，F_zx为单根纵向加强带(3)最大使用载荷。

捕获包最大使用载荷优选由下式计算：

式中：V为分离物速度，T_zx为单根纵向加强带(3)断裂强力，L_zx为单根纵向加强带(3)长度，ε_zx为单根纵向加强带(3)断裂伸长率，m为分离物质量。

撕裂式吸能装置(4)结构形式如图3所示，撕裂式吸能装置(4)为纵向加强带(3)的延伸，局部折叠后，在折叠位置用缝线缝纫，形成吸能缝合部(6)。吸能缝合部(6)的缝纫结构形式优选为锯齿形缝合部，线迹密度为40齿/100mm。应用撕裂式吸能装置(4)后，一般可吸收30％左右的分离物动能，从而降低冲击载荷30％左右。

撕裂式吸能装置(4)端头形成连接环套(5)。

捕获包体(1)置于一个高速分离物的运动通道上，被加速体位于捕获包体(1)内，连接环套(5)与固定点连接；

分离物捕获过程如图2a～图2c所示，其特征在于步骤如下：

(1)如图2a，将捕获包体(1)置于分离物的运动通道上，位于分离物和被加速体之间，被加速体放置在捕获包体(1)内，捕获包的连接套环(5)与固定点连接；

(2)如图2b，在外力作用下(如火工品工作后的高压燃气推力)，分离物迅速加速，推动被加速体加速运动。由于捕获包体(1)位于分离物运动通道上，所以分离物运动时进入捕获包体(1)，当纵向加强带(3)张紧时，捕获包体(1)拦阻分离物，被加速体继续运动；；

(3)在分离物惯性力作用下，撕裂式吸能装置(4)的吸能缝合部(6)逐渐撕裂打开，吸收分离物动能，为分离物减速，直至撕裂式吸能装置(4)的吸能缝合部(6)完全撕裂打开，随后纵向加强带承受分离物剩余速度的冲击，将分离物减速到零，即被柔性捕获装置捕获，被加速体继续运动，柔性捕获装置工作完成。

整个分离物捕获过程，柔性捕获装置无分离物，无污染，无噪声。

以某弹伞筒活塞捕获包为例，该活塞重量4kg，分离速度40m/s。与传统的刚性捕获装置相比，本发明的柔性捕获包重量为0.5kg，减轻重量0.5kg左右，捕获冲击载荷50kN左右，降低冲击30kN左右。

本发明中的说明书中未详细阐述的内容为本领域的公知常识。