返回舱泄压孔封堵装置的制作方法

[0001]
本发明涉及一种返回舱泄压孔封堵装置。


背景技术：

[0002]
载人飞船的返回舱一般配备有非密封舱用以装载货物。在发射过程中，整流罩内压力迅速下降，返回舱非密封舱在短时间内将空气通过舱体缝隙排出需要一定时间。当返回舱非密封舱所需排出空气达数十立方米时，空气排出不及时会导致返回舱非密封舱和外界存在较大压差，使结构在内压载荷下破坏，从而使返回舱无法执行返回任务。
[0003]
载人飞船可采用加强结构承载能力解决压差造成的载荷，该方式可导致飞船新加重量150kg以上；也可采取多个泄压孔泄压，但该泄压孔在飞船返回地球时使大量温度达500k的热气进入飞船，烧蚀舱体设备及货物。
[0004]
专利cn208546232u名称为一种外置式电子泄压阀及其固定结构，当由于短路等原因产生高温高压气体时,有效排泄气体释放压力，可通过独立的泄压通道分别从顶部、后部、底部进行泄压，确保人身安全，防止进一步扩大事故隐患。该发明仅有一次泄压功能，且结构复杂，在功能上存在缺陷，无法应用于返回舱非密封舱。并且，类似的单向阀还均存在另一相同问题，即泄压量过小不满足所需排气需求。
[0005]“面向快速泄压环境模拟的瞬间泄压机构设计”(航天器环境工程第36卷第4期2019年8月)一文中介绍了一种用于地面环境试验的机械式瞬间泄压装置。该泄压装置主要由弹簧储能机构、连杆式舱门压紧机构、基于sea(series elastic actuator)的舱门锁紧/释放机构和基于惯性飞轮的电磁式缓冲机构组成。该装置有操控简单、可靠性高、可重复使用、试验效率高的特点。可应用于大型快速泄压环境效应试验装置。该设计重量大，机构复杂，仅面向地面试验，无法应用于返回舱非密封舱。
[0006]
专利cn206785219u公开了一种飞行器自动关闭口盖，该装置利用弹簧铰链实现盖板的自动关闭，并利用锁扣组件实现关闭后的锁定。但是，这一装置并没有用于锁定盖板开启状态的机构，因此无法完成“发射阶段保持泄压孔开启，返回阶段封堵泄压孔”的目的。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于提供一种能够在发射阶段保持返回舱泄压孔开启，在返回阶段能够自动触发关闭的返回舱泄压孔封堵装置。
[0008]
为实现上述发明目的，本发明提供一种返回舱泄压孔封堵装置，包括盖合组件和锁定组件，所述盖合组件包括盖体和用于驱动所述盖体盖合的驱动件，还包括拉紧组件和触发组件，所述拉紧组件包括拉紧绳，一端与所述盖体固定连接，所述触发组件包括用于使所述拉紧绳断开的切割器。
[0009]
根据本发明的一个方面，还包括支承组件，包括内、外支架模块；
[0010]
内支架模块包括内部架体、安装板和安装环，所述外支架模块包括外部架体、垫板、防风结构和防护罩；
[0011]
所述内部架体和所述外部架体均为空心的圆锥形，且锥底敞开，锥顶设有可供所述拉紧组件至少一端通过的通孔；
[0012]
所述内部架体和所述外部架体的底部均向外延伸形成环形板状。
[0013]
根据本发明的一个方面，所述内部架体侧壁沿周向间隔设有用于避让所述切割器的开口；
[0014]
所述安装板固定在所述盖体背面，具有可使所述拉紧组件仅一端通过的通孔；
[0015]
所述安装环套设于所述内部架体且固定在其底部。
[0016]
根据本发明的一个方面，所述外部架体侧壁对称设有通风口；
[0017]
所述防风结构包括两个可以拼合的防风板，所述防风板的端部设有防风槽；
[0018]
所述防风槽的槽壁两端为锥顶相对的圆锥面，中间为圆柱面；
[0019]
在拼合状态下，所述防风板穿过所述外部架体的通风口并固定在其底部，并且设有防风槽的一端相接使两块防风板的防风槽组成适应于所述拉紧绳的防风孔，防风孔中间圆柱段的尺寸与所述拉紧绳相同；
[0020]
所述垫板叠摞在所述外部架体顶部，所述防护罩固定在所述外部架体顶部且笼罩所述垫板。
[0021]
根据本发明的一个方面，所述驱动件包括铰链和相对的设置在所述铰链两侧的蜗卷弹簧；
[0022]
所述铰链具有两个转动板和同轴的两个中心轴，其中一个转动板与所述盖体的背面固定连接；
[0023]
所述蜗卷弹簧一端连接所述铰链中与所述盖体相连的转动板，另一端连接所述铰链的中心轴。
[0024]
根据本发明的一个方面，所述切割器直接或通过连接架以高度逐渐增高的方式间隔地设置在所述安装环上，且间隔120
°
设置三个。
[0025]
根据本发明的一个方面，所述锁定组件包括接收架、摆动杆和指示器；
[0026]
所述接收架包括底板和架板，所述架板垂直于所述底板且相互平行的设置两个；
[0027]
两个所述架板的顶部之间设有连接柱，所述架板底部设有接收槽；
[0028]
所述摆动杆可转动地设置在所述连接柱上，且相互平行的设置两个并通过扭簧与所述连接柱连接；
[0029]
所述指示器设置在所述架板上，可在盖体关闭到位时向返回舱总控系统输出关闭到位信号。
[0030]
根据本发明的一个方面，所述盖合组件还包括锁定钩，包括安装架和卡接柱；
[0031]
所述安装架具有固定板和延长板，所述固定板固定在盖体背面；
[0032]
所述延长板垂直设置在所述固定板两侧且相互平行的设置两个，所述卡接柱位于所述延长板之间且垂直连接于两个所述延长板。
[0033]
根据本发明的一个方面，所述拉紧组件还包括设置在所述拉紧绳两端的第一、第二连接件，
[0034]
其中，所述第一连接件设有外螺纹，第二连接件的尺寸大于所述安装板上的通孔尺寸；
[0035]
所述盖体为圆形板状，正面设有圆台形凸起，背面设有用于容纳所述第二连接件
的凹槽；
[0036]
各个所述垫板上设有用于使所述第一连接件穿过的通孔；
[0037]
在组装状态下，所述第一连接件穿过各个所述垫板并在端部通过螺母固定，所述第二连接件抵靠在所述安装板上。
[0038]
根据本发明的一个方面，所述切割器为熔线式切割器，所述拉紧绳的材质为聚芳酯。
[0039]
根据本发明的一个方案，在设置盖合组件和锁定组件的基础上设置拉紧组件和支承组件。拉紧组件能够维持盖体的打开状态，从而可以使得本装置在返回舱发射阶段保持打开，而仅在返回入轨阶段才将泄压孔盖合。支承组件的设置可以辅助拉紧组件完成拉紧工作。
[0040]
根据本发明的一个方案，触发组件中利用切割器使拉紧绳断开，从而完成盖合工作的触发。切割器的数量至少应设置一个，且可利用不同高度的连接架使其彼此隔开，互不干涉，形成相互独立的工作环境，从而使得只要有一个切割器能够正常工作即可完成切割。外部架体上设有通风口，从而使得即使切割器全部出现故障，也可利用返回时的高速气流产生的高温使拉紧绳断开，即能够进一步提高安全系数。
[0041]
根据本发明的一个方案，盖体背面设置锁定钩，其目的在于与锁定组件配合，完成盖体盖合后的锁定。锁定组件中的接收架的架板上设有接收槽，从而能够接收锁定钩中的卡接柱。锁定组件中的摆动杆可转动地设置在连接柱上，并通过扭簧连接，使其具备自动复位功能。这样，在卡接柱进入到接收槽的过程中，会对其拨动，从而解除指示器的机械触发模式，使其向外界发出关闭到位的信号，并在复位后卡住卡接柱完成锁定。
[0042]
根据本发明的一个方案，盖合组件的驱动件由铰链和蜗卷弹簧组成，使得驱动件形成了一个具备弹性的结构，由此在拉紧绳断开后，其自身积累的弹性势能即可自动带动盖体翻转完成盖合。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]
图1示意性表示本发明的一种实施方式的返回舱泄压孔封堵装置在打开状态下的正视视角的局部剖视图；
[0045]
图2示意性表示本发明的一种实施方式的返回舱泄压孔封堵装置在打开状态下的上侧视角的立体图；
[0046]
图3示意性表示本发明的一种实施方式的返回舱泄压孔封堵装置在打开状态下的下侧视角的立体图；
[0047]
图4示意性表示本发明的一种实施方式的返回舱泄压孔封堵装置在关闭状态下的上侧视角的立体图；
[0048]
图5示意性表示本发明的一种实施方式的返回舱泄压孔封堵装置在关闭状态下的下侧视角的立体图。
具体实施方式
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
[0051]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0052]
图1示意性表示本发明的一种实施方式的返回舱泄压孔封堵装置在打开状态下的正视视角的局部剖视图。如图1所示，本发明的返回舱泄压孔封堵装置整体应用于返回舱的非密封舱。图1中舱体a为截取的非密封舱舱体的一部分，结合图2可知其上设有泄压孔b。这一泄压孔b的直径约为100mm，可以满足发射阶段的泄压需求。本发明的返回舱泄压孔封堵装置的作用即为在返回舱返回入轨阶段对泄压孔b进行封堵，从而避免热空气进入舱内。
[0053]
本发明中，返回舱泄压孔封堵装置包括盖合组件1、锁定组件2、拉紧组件3、触发组件4和支承组件5。其中，盖合组件1包括盖体11、锁定钩12和驱动件13。盖体11为圆形板状，图1中上面为正面，下面为背面。本实施方式中，盖体11的正面设有圆台形(即截头圆锥)凸起，如此使得整个盖体11类似于一个塞子，可以将泄压孔b封堵。驱动件13用于驱动盖体11完成盖合封堵的功能。本实施方式中的驱动件13具有铰链和蜗卷弹簧，结合关闭状态的图4可知，铰链具有两块转动板(即合页板)，通过中心轴连接实现开合。本发明中，具有两个同轴的中心轴。其安装方式为，一块转动板固定在舱体a上，另一块转动板固定在盖体11的背面。继续参见图4，本实施方式中，蜗卷弹簧相对的设置两个，且位于铰链两侧。每个蜗卷弹簧的一端连接中心轴，另一端固定连接于与盖体11相连的转动板。参见图1，在盖体11的打开状态下，驱动件13中的蜗卷弹簧呈收缩状态，形成弹性势能，因此当触发组件4触发关门动作后，驱动件13可给予盖体11一个向着锁定组件2运动的力矩，使其可自动绕顺时针转动盖合。由此可知，本实施方式利用可形成弹性势能的铰链作为驱动件13，具体的铰链结构也可自行依照此原理设计，来完成驱动盖体11盖合的功能。但是，根据此原理可知，其它利用电能或液压能的驱动件也可完成此功能，只是需要为其配备复杂的控制系统，因此不如本实施方式利用弹性势能来完成驱动的方式方便，且本方案也更加节约能源。盖合组件1上还设有锁定钩12，参见图4可知，锁定钩12包括安装架121和卡接柱122。安装架121具有固定板1211和延长板1212，固定板1211通过螺钉固定在盖体11背面，从而将整个锁定钩12固定。延长板1212的作用为使卡接柱122能够与锁定组件2连接。本实施方式中，延长板1212即为两个平板，其垂直于固定板1211且相互平行的设置两个。卡接柱122则位于两个延长板1212之间且垂直连接于两个延长板1212。
[0054]
参见图2，锁定组件27包括接收架21、摆动杆22和指示器23，接收架21整体固定在舱体a上，保证与驱动件2的固定位置相对，两者相隔泄压孔b，具体位置可由盖体11关闭后
的卡接柱122的位置而定。接收架21包括底板211和架板212，其中架板212垂直于底板211且相互平行的设置两个。两个架板212的顶部之间设有连接柱213，用以连接摆动杆22。摆动杆22的形状为扇形，其端部可通过螺母等部件调节重量，而其中部设有孔，从而使其可转动地套设在连接柱213上。每个架板212底部设有接收槽212a，用于接收锁定钩12的卡接柱122。接收槽212a的槽壁和槽底最好设为弧面或斜面，从而适应于卡接柱122的运动轨迹和其圆柱形的外形。摆动杆22在初始位置时如图1所示，遮挡住部分接收槽212a的正投影，从而使得卡接柱122在进入到接收槽212a的过程中能够拨动摆动杆22。如图4所示，本发明中，摆动杆22与连接柱213之间还通过扭簧连接。这样，摆动杆22具备了自动回位功能，使卡接柱122完全进入到接收槽212a后可以自动回位将卡接柱122卡住，完成锁定。指示器23设置在架板212上(具体为侧面)，可在盖体11关闭到位时向返回舱总控系统输出关闭到位信号。具体的，指示器23具备微动开关，而在安装时使得摆动杆22在初始状态压在此微动开关上，使其处于机械触发状态。这样，摆动杆22在被拨动后可以抬起，从而解除其机械触发模式，使得指示器23向返回舱总控发出关闭到位信号。
[0055]
本发明中，拉紧组件3的作用即为保持盖体11的开启状态。参见图1，拉紧组件3包括拉紧绳31，该绳的材质选取了综合性能较好的聚芳酯。在连接时如图1所示，可将拉紧绳31的两端分别连接盖体11的背面和舱体a。但这种直接连接的方式不利于调整拉紧力度，因此本发明还设置了第一连接件32和第二连接件33来配合拉紧绳31。具体的，第二连接件33的结构不做过多限定，但其与盖体11连接，因此，如图1所示，盖体11的背面设有用于容纳第二连接件33的凹槽，此凹槽只要保证能够完全容下第二连接件33即可。而第一连接件32的外侧需设置外螺纹，从而配合螺母完成调节拉紧绳31的拉紧力度的目的。为了安装方便，第一连接件32的直径小于第二连接件33。
[0056]
为了配合拉紧组件3完成拉紧工作，本发明还设置了支承组件5。支承组件5包含内支架模块51和外支架模块52，顾名思义，这两个支架模块分别安装在舱体a的内外两侧。由此也可得出上述拉紧绳31的安装方式也为穿过舱体a安装，因此舱体a上应设置相应的过绳孔。本实施方式中，两个连接件的尺寸在10mm以上，因此该过绳孔的直径也应大于这一尺寸。当然，两个连接件位于拉紧绳31的绳头，若三者为一体结构，则上述过绳孔至少应保证第一连接件32能够穿过；但如果连接件与拉紧绳31为分体结构，则过绳孔的尺寸也可仅允许拉紧绳31通过即可。总之，连接件的设置目的就是为了实现拉紧功能，因此其具备上述外螺纹即可，具体与拉紧绳31如何连接并不是重点。内支架模块51包括内部架体511、安装板512和安装环513，外支架模块52包括外部架体521、垫板522、防风结构523和防护罩524。其中，内部架体511和外部架体521的形状均为空心圆台形，且锥底敞开，安装时两个架体的锥底相对的固定在舱体a内外两侧。当然，两个架体的顶部(即锥顶)也应设置允许拉紧组件3通过的通孔。为了方便固定，内部架体511和外部架体521的底部均向外延伸形成环形板状，具体设为平板还是弧板取决于其所在舱体a上的位置以及舱体a的形状。安装板512的作用即为将第二连接件33固定到盖体11上。安装板512的形状如图4所示，可为正方形并通过螺钉固定在盖体11的背面的凹槽处。该凹槽即为容纳第二连接件33的槽，其可为台阶槽，以便安装板512的固定。同样，安装板512上也设有通孔，供拉紧组件3一端穿过。具体对于该通孔而言，其尺寸应小于第二连接件33的尺寸，从而可以使得在第一连接件32一端拉紧时，第二连接件33能够抵靠在安装板512上，从而为盖体11提供预紧力。由此可知，由于拉紧组件3两
端的固定分别由图1下端的螺母和上端的安装板512完成，因此内部、外部两个支架顶部的通孔的尺寸无需过多限制，能够允许拉紧组件3至少一端能够穿过即可，若仅允许一端穿过则此端应为图1中的下端，即第一连接件32所在一端。
[0057]
外部架体521的形状已在上述介绍，因此不再赘述。垫板522则以叠摞的方式设置在外部架体521的顶部。本实施方式中设置三块垫板522，而由于垫板522的主要作用即为辅助完成拉紧工作，因此其厚度和形状可根据实际需求确定。每个垫板522中心设有通孔，从而可供第一连接件32穿过。在组装状态下，第一连接件32穿过各个垫板522并在端部(即下端)通过螺母固定，第二连接件33抵靠在安装板512上。而由于垫板522均暴露在外，因此防护罩524的作用在于对其进行防护。如图5所示，防护罩524整体为由矩形板弯折而成的“凹”字型，这样固定在外部架体521的顶部后可以笼罩垫板522(即笼罩住第一连接件32)，这样对包括垫板522在内的外部零件形成了保护。而如果第一连接件32的长度过大，则防护罩524相应位置也可开孔使其穿过。如上述设置，拉紧组件3依次穿过安装板512、内部架体511、触发组件4、舱体a、外部架体521以及各个垫板522后通过螺母拉紧即可完成保持盖体11开启状态的工作，而其拉紧功能也可时盖体11具有足够的预紧力来抵抗发射段的力学环境载荷。这样，飞船在发射阶段时，盖体11保持打开状态，随着整流罩和飞船间气压的降低，飞船非密封舱的空气可以逐渐从舱体a的泄压孔b中排出。当返回舱返回时，则需要将泄压孔b封堵，而本发明中的触发组件4的作用即在于此。
[0058]
参见图1，触发组件4包括切割器41和连接架42，其中切割器41的作用在于使拉紧绳31断开。本发明中，切割器41为熔线式切割器，可以理解为通过给电阻通电使其产生高温而将拉紧绳31熔断使其断开。此时盖体11失去了预紧力，从而使得驱动件13可以带动其以及断开的半根拉紧绳31一同翻转盖合封堵柱泄压孔b，形成了如图4和图5所示的状态。本实施方式中的切割器41的结构包括了支座、导线和电阻丝，导线连通电源，为电阻丝通电使其发热。当然，根据此构思，利用给电阻通电而产生高温的方式为物理常识，因此切割器41的结构可根据此原理自行设计，大致具备上述三个结构即可实现，当然也可进行相应优化。或者，也可利用其他原理的能够切断线、绳结构的切割器/刀。本发明中，切割器41设置在舱体a的内侧，数量至少设置一个。而本实施方式中，设置了三个切割器41，这三者沿周向间隔布置，每两个切割器41间隔120
°
。这样只要有一个切割器41能够正常工作即可完成切割工作，并且分布比较均匀，重量也不会太高。由于这三个切割器41的电阻端均与拉紧绳31接触，因此为了避免干涉，本发明将上述连接架42设为不同高度，使得这三个切割器41在纵向上能够互相隔开。参见图4可知，内部支架模块51中的安装环513的作用即为安装这些切割器41，其整体套设于锥形的内部支架511并固定连接在内部支架511底部的环形板状部位上。当然，最低位置的切割器41可以不用连接架42而直接连接在安装环513上，从而使得这三个切割器41沿周向以高度逐渐增加的方式设置。由上述拉紧组件3的安装方式可知，组装完成后的拉紧绳31一部分位于空心的内部支架511中，因此为了使切割器41能够接触到拉紧绳31，内部支架511的侧壁应设有沿周向间隔排布的开口511a，以实现避让切割器41的作用。而由上述切割器41的方式为沿周向间隔布置三个，因此可以提高切断成功概率，从而提高安全系数。而为了进一步提高切割成功率，如图3所示，本发明在外部支架521的侧壁上对称的设置了通风口521a，这样，在返回舱返回入轨阶段，由于速度较快，因此外界气流不断冲刷拉紧绳31也会产生足够的热量，使其加热至熔点而断开，这样即使所有的切割器41都发生故
障，也能完成盖体11盖合的功能，从而避免热空气进入舱体a。具体的，切割器41的启动触发方式可以为根据温度启动(即额外设置温度传感器)，也可根据海拔高度启动(即额外设置高度传感器)等。或者，由于切割器电线部分在安装时需要接入返回舱总控系统，因此也可直接人工控制启动。当然，这些启动方式的目的均在于在返回舱周围空气温度不是太高时及时触发将泄压孔b封堵。
[0059]
也正因为通风口521a的存在，使得本装置位于舱体a外部的组件基本为不封闭的，因此本发明中的防风结构523的作用即为防止气流进入舱体a。具体的，为了方便起见，本实施方式将防风结构523设为可以拼接的组件，而非一体结构。参见图3可知，防风结构523由两块防风板5231组成。每块防风板5231基本为矩形平板，参见图1可知其在端部设有防风槽5232。本实施方式中，防风槽5232的作用为在两块防风板5231组合后能够形成一个孔
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防风孔，从而防止气流进入舱体a。为实现这一目的，防风槽5232的槽壁两端为锥顶相对的圆锥面，中间为圆柱面。这样，在拼合状态下，两块防风板5231的防风槽5232组装而成的防风孔的两端呈相里收缩的趋势，从而降低了其与拉紧绳31之间的间隙，实现密封作用。照此原理可知，防风孔中间圆柱段的直径越小越好，最好与拉紧绳31的直径相同，这样才能实现最佳的防风效果。在安装时，防风板5231可穿过通风口521a并固定在外部架体521的底部环形板状部位上，并使设置防风槽5231的一端相接实现拼合。由此可知，在设计时，应保证内部支架511、外部支架521和防风结构523这三者的对中度合适，以使得拉紧绳31能够垂直于舱体a安装。
[0060]
综上所述，本装置的存在保留了舱体a的泄压孔b，从而使得这种泄压孔的直径可以做大，相比于单向阀更容易满足发射段的泄压需求。而设置本装置以后也无需对内压结构进行增强，因此可节省约150kg的重量。而切割器41和外部支架521的通风口521a形成双重保险，即使切割器41全部故障也可以利用返回时的气动加热熔断拉紧绳31，从而实现了本装置的高可靠工作。
[0061]
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。