技术特征：
1.一种组合式缓冲气囊主动式排气控制系统，载荷(1)为所述排气控制系统保护对象，其特征在于，包括：缓冲气囊(2)、m个着陆敏感器(3)、n个压力传感器(5)、n个排气口切割器(6)、n个排气口固定绳(7)，1个控制器(8)，1套电源(9)；其中，m≥3，n为m的整数倍；载荷(1)的底部拖垫有缓冲气囊(2)，缓冲气囊(2)由n个均布的独立气囊组合而成，m个着陆敏感器(3)均匀安装在载荷底部同一圆周上，着陆敏感器(3)内置三轴向过载传感器，用于实时监测安装位置载荷(1)三轴向过载；每个独立气囊的上表面均安装有压力传感器(5)，压力传感器(5)用于对缓冲气囊(2)内部压力进行实时监测；缓冲气囊(2)的每个独立气囊均设置有排气口(4)，排气口(4)聚拢后通过排气口固定绳(7)收紧密封，当气囊向外排气时，气囊内部气体通过排气口(4)向外排出；排气口切割器(6)为火工品，当电源(9)对其供电时，排气口切割器(6)工作，切断排气口固定绳(7)，解除对排气口(4)的约束；排气口固定绳(7)的作用是约束排气口(4)，在排气口切割器(6)工作前，避免排气口(4)向外排气；控制器(8)的作用是采集着陆敏感器(3)以及压力传感器(5)的测量信号，并判断是否向排气口切割器(6)供电；电源(9)的作用是向着陆敏感器(3)、压力传感器(5)、排气口切割器(6)以及控制器(8)供电；所述三轴向过载包括竖直方向z轴过载和水平方向x轴过载、y轴过载。2.根据权利要求1所述的一种组合式缓冲气囊主动式排气控制系统，其特征在于，当n是m的p倍时，将n个独立气囊划分为m组，一组独立气囊包括相邻的p个独立气囊，每个着陆敏感器(3)的位置对应一组独立气囊，每个着陆敏感器(3)安装在对应的一组独立气囊的中间位置。3.根据权利要求2所述的一种组合式缓冲气囊主动式排气控制系统，其特征在于，通过控制器(8)来预设缓冲气囊排气口(4)的开启条件及不同着陆敏感器(3)信号与压力传感器(5)信号组合下的差异化排气开启策略。4.根据权利要求3所述的一种组合式缓冲气囊主动式排气控制系统，其特征在于，所述排气口(4)的开启条件的设置包括：设置竖直方向过载第一阈值n1，竖直方向过载第二阈值n2，水平方向合过载阈值n3，n1≤0.8＊n
1max
，n2≤0.7＊n
1max
，n3≤0.7＊n
2max
，且n2＜n1；其中，n
1max
为载荷(1)竖直方向过载的预设最大值，n
2max
为载荷(1)水平方向合过载的预设最大值。5.根据权利要求3所述的一种组合式缓冲气囊主动式排气控制系统，其特征在于，所述差异化排气开启策略包括过载控制策略与压力控制策略。6.根据权利要求5所述的一种组合式缓冲气囊主动式排气控制系统，其特征在于，所述过载控制策略具体包括：首先对落点风场进行事先预测：一、当落点风速≤预设风速时：当所有着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n1，或者竖直方向过载值均大于n2且水平方向合过载值均大于n3时，所有气囊的排气口切割器(6)同时工作，各排气口(4)同步开始排气；当m个着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n1，或者m个着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n2且水平方向合过载值均大于n3时，对这m个着陆敏感器(3)对应的m
×
p个缓冲气囊(2)先进行排气，此时这m个着陆敏感器(3)对应的排气口切割器(6)同时工作，5～15ms后
其余排气口切割器(6)同时工作，以实现各气囊间不同的排气时序；m为事先预设值，m≤m-1；二、当落点风速＞预设风速时：当所有着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n1，或者竖直方向过载值均大于n2且水平方向合过载值均大于n3时，所有气囊的排气口切割器(6)同时工作，各排气口(4)同步开始排气；当m个着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n1，或者m个着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n2且水平方向合过载值均大于n3时，对这m个着陆敏感器(3)对应的m
×
p个缓冲气囊(2)先不进行排气，此时其余着陆敏感器(3)对应的排气口切割器(6)同时工作，5～15ms后这m个着陆敏感器(3)对应的m
×
p个排气口切割器(6)同时工作，以实现各气囊间不同的排气时序。7.根据权利要求5所述的一种组合式缓冲气囊主动式排气控制系统，其特征在于，所述压力控制策略具体包括：首先对落点风场进行事先预测：一、当落点风速≤预设风速时：当所有着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n1，或者竖直方向过载值均大于n2且水平方向合过载值均大于n3时，所有气囊的排气口切割器(6)同时工作，各排气口(4)同步开始排气；当m个着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n1，或者m个着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n2且水平方向合过载值均大于n3时，读取各个压力传感器(5)的测量值，压力测量值最大的m
×
p个压力传感器(5)对应的排气口切割器(6)先工作，5～15ms后其余排气口切割器(6)同时工作，以实现各气囊间不同的排气时序；二、当落点风速＞预设风速时：当所有着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n1，或者竖直方向过载值均大于n2且水平方向合过载值均大于n3时，所有气囊的排气口切割器(6)同时工作，各排气口(4)同步开始排气；当m个着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n1，或者m个着陆敏感器(3)竖直方向过载值均大于n2且水平方向合过载值均大于n3时，读取各个压力传感器(5)的测量值，压力测量值最大的m
×
p个压力传感器(5)对应的排气口切割器(6)先不工作，其余排气口切割器(6)工作，5～15ms后这m
×
p个压力传感器(5)同时工作，以实现各气囊间不同的排气时序。8.根据权利要求1所述的一种组合式缓冲气囊主动式排气控制系统，其特征在于，所述缓冲气囊(3)为特纺材料制成的充气结构，单个气囊形状为圆柱形、腰果形或梯台形之一。9.根据权利要求1所述的一种组合式缓冲气囊主动式排气控制系统，其特征在于，所述排气口(4)需满足在气囊具有较大内外压差时实现对气囊的有效密封，且在指令发出后的预设时间内实现对外排气；排气口(4)由气密薄膜与特纺材料制成的柔性筒状结构构成，将柔性筒状结构聚拢后通过排气口固定绳(7)收紧，即可支撑气密薄膜，在气囊内具有较大压力的情况下实现对排气口的有效密封；当排气口(4)需要排气时，火工品排气口切割器(6)在供电后5ms内发火工作切断排气口固定绳(7)，排气口(4)气密薄膜失去支撑后在5ms内胀破，启动排气口(4)对外排气功能；所述预设时间的范围是5～15ms，所述较大内外压差的范围是20kpa～120kpa。
技术总结
本专利属于航天器回收着陆领域，涉及一种组合式缓冲气囊主动式排气控制系统。通过搭建由控制器、电源、着陆敏感器、压力传感器、排气口切割器、排气口固定绳等组成的主动式排气控制系统，配合预设的排气控制策略，实现对气囊着陆缓冲过程的主动控制，提高气囊着陆缓冲效果。本发明主要由载荷、缓冲气囊、控制器、电源、着陆敏感器、排气口、压力传感器、排气口切割器及排气口固定绳等组成，适应范围广，执行机构响应速度快，可用作各种载荷的着陆缓冲防护，实现各种大质量航空器、航天器的无损着陆。航天器的无损着陆。航天器的无损着陆。
技术研发人员：李博 雷江利 竺梅芳 王国庆 邓黎 王飞 何青松
受保护的技术使用者：北京空间机电研究所
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/3/7