一种并联航天器弹射分离装置

本发明涉及航天发射分离，具体涉及一种并联航天器弹射分离装置。

背景技术：

1、可重复使用航天器可以大大降低向太空发射有效载荷的成本。从技术角度，可重复使用航天器基本分为三大类：第一类是飞船类，基本的技术特征为垂直发射、垂直回收；第二类是航天飞机类，基本的技术特征是垂直发射、水平回收；第三类是空天飞机类，基本的技术特征是水平升空、水平降落回收。

2、其中，背驮式两级入轨空天飞行器是一个研究热点，第一级是运载飞机，第二级则是空天飞机。通过运载飞机将空天飞机驮在背上，水平起降，高空发射，构型类似苏联安225背负“暴风雪”或者波音747背负美国航天飞机，但这两者只是用于航天飞机的转场运输，而两级入轨空天飞行器则是用于空天飞机的发射。

3、现有用于航天器分离的技术包括：爆炸分离装置，通过引爆分离爆炸物或火药来实现航天器的分离，这种方法可以提供较高的分离力，但由于使用爆炸物，存在一定的安全风险，可能引发意外事故，导致航天器损坏甚至事故发生，并且不易控制分离过程；机械分离装置，利用螺旋弹簧、销钉等机械结构实现航天器的分离，这种方法相对简单且可靠，但在分离力和控制精度方面需要对分离机构进行精心设计；液压或气压分离装置，利用液压或气压系统在需要分离时施加压力以实现航天器的分离，这种方法可以提供较高的控制精度和可靠性，但需要相应的液压或气压系统；电磁分离装置，通过利用电磁力或电磁驱动器实现航天器的分离，这种方法具有较高的控制精度和可靠性，并且不需要使用爆炸物或液压系统，但可能需要额外的电源和控制电路。

4、针对背驮式两级入轨空天飞行器空中发射分离装置的研究以及公开的专用分离机构参考较少，因此，需要设计出一套简单高效的发射分离装置。

5、尽管现有技术在航天器分离方面提供了一些解决方案，但针对并联航天器的分离，现阶段主要以采用气动分离为主。气动分离对气动要求高，单纯的依靠气动分离可靠性较低，需要在气动分离设计的基础上辅助主动分离力，以此来增加发射安全性和可靠性。此时就需要设计一套可调节弹射行程、可控制弹射载荷大小、可调节分离角度的弹射机构。

技术实现思路

1、本发明提供了一种并联航天器弹射分离装置，能够实现弹射行程、弹射载荷、弹射分离角度的可调节，辅助气动分离增加发射安全性，并增加了弹射机构的普适性，可弹射分离不同的第二级航天器。

2、本发明采用以下具体技术方案：

3、一种并联航天器弹射分离装置，该弹射分离装置包括安装底板、两个支撑梁、并联气缸、滑动部件、两个多连杆机构、上安装板以及阻尼器；

4、所述安装底板与所述上安装板相对设置；所述安装底板用于连接第一级航天器；所述上安装板用于支承第二级航天器；

5、两个所述支撑梁平行设置且固定安装于所述安装底板的顶面；

6、在每个所述支撑梁与所述上安装板之间均铰接有一个所述多连杆机构；两个所述多连杆机构对称设置，并且之间连接有多个平行的连轴；

7、所述滑动部件能够沿所述支撑梁的长度延伸方向滑动地安装于两个所述支撑梁之间，并与每个所述多连杆机构中的一个连杆铰接；

8、所述并联气缸水平地固定安装于所述安装底板的顶面；所述并联气缸的活塞杆与所述滑动部件固定连接，用于驱动所述滑动部件沿所述支撑梁滑动，从而通过所述多连杆机构的伸缩带动所述上安装板沿竖直方向运动；

9、每个所述支撑梁上均固定安装有一个所述阻尼器，所述阻尼器用于在所述第二级航天器弹射分离时对所述滑动部件进行缓冲。

10、更进一步地，所述滑动部件设置有用于将其锁定于所述支撑梁的闭锁机构。

11、更进一步地，还包括用于在所述多连杆机构处于收缩状态时支承所述上安装板且在弹射时分离的两个液压支撑柱；

12、在每个所述支撑梁上固定安装有一个所述液压支撑柱；

13、所述液压支撑柱在顶端设置有固定连接结构；

14、在所述液压支撑柱支承所述上安装板时，所述固定连接结构用于与所述上安装板固定连接。

15、更进一步地，所述固定连接结构为磁吸。

16、更进一步地，所述并联气缸包括固定安装于所述安装底板的第一气缸和第二气缸；

17、所述第一气缸的第一活塞杆与所述第二气缸的第二活塞杆同步动作且均与所述滑动部件固定连接。

18、更进一步地，两个所述多连杆机构为镜像对称的第一多连杆机构和第二多连杆机构；

19、所述第一多连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆以及第六连杆；

20、所述第二多连杆机构包括与所述第一连杆相对设置的第一连杆第七连杆、与所述第二连杆相对设置的第八连杆、与所述第三连杆相对设置的第九连杆、与所述第四连杆相对设置的第十连杆、与所述第五连杆相对设置的第十一连杆以及与所述第六连杆相对设置的第十二连杆；

21、所述连轴包括第一连轴、第二连轴、第三连轴以及第四连轴；

22、所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆、所述第四连杆、所述第五连杆以及所述第六连杆铰接构成双梯形结构，其中：所述第一连杆的底端与所述第三连杆的底端间隔设置且均铰接于所述支撑梁；所述第一连杆的顶端、所述第二连杆的底端以及所述第五连杆的一端通过所述第一连轴转动连接；所述第三连杆的顶端、所述第五连杆的另一端、以及所述第四连轴的中部通过所述第二连轴转动连接；所述第二连杆的顶端与所述第六连杆的一端通过所述第三连轴转动连接后再铰接于所述上安装板；所述第六连杆的另一端与所述第四连杆的顶端通过所述第四连轴转动连接后再铰接于所述上安装板；所述第四连杆的底端铰接于所述滑动部件。

23、更进一步地，所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆以及所述第四连杆的长度满足以下公式：

24、l3+l4＞l1+l2＞l3+l4/2；

25、其中，l1为第一连杆的长度，l2为第二连杆的长度，l3为第三连杆的长度，l4为第四连杆的长度。

26、更进一步地，所述滑动部件与所述支撑梁之间采用凹凸配合。

27、更进一步地，所述支撑梁设置有沿其长度方向延伸的导向凹槽；

28、所述滑动部件设置有与所述导向凹槽形状配合的凸起。

29、更进一步地，所述支撑梁以及所述上安装板均设置有用于连接所述多连杆机构的耳轴；

30、所述并联气缸为单级作动气缸。

31、有益效果：

32、1、本发明的并联航天器弹射分离装置包括用于连接第一级航天器的安装底板、用于支承第二级航天器的上安装板、平行设置的两个支撑梁、铰接于支撑梁与上安装板之间的多连杆机构、与支撑梁滑动配合的滑动部件、固定安装于安装底板的并联气缸以及固定安装于支撑梁的阻尼器；并联气缸的活塞杆与滑动部件固定连接，用于驱动滑动部件沿支撑梁滑动，从而通过多连杆机构的伸缩带动所述上安装板沿竖直方向运动；阻尼器用于对滑动部件进行缓冲；采用上述结构的并联航天器弹射分离装置，通过调节并联气缸的充气压强、活塞杆的运动距离以及多连杆机构，能够分别实现弹射力、弹射行程、弹射分离角度的调节，因此，上述并联航天器弹射分离装置能够实现弹射行程、弹射载荷、弹射分离角度的可调节，辅助气动分离增加发射安全性，增加了弹射机构的普适性，可弹射分离不同的第二级航天器。

33、2、本发明的并联航天器弹射分离装置采用并联单级作动气缸，具有结构简单、回收可靠的特点，并且并联气缸水平放置，收缩时弹射分离装置的高度低、体积小、占用空间小。

34、3、本发明的并联航天器弹射分离装置通过支撑梁与滑动部件的滑动配合、以及多连杆机构的伸缩，将并联气缸的水平作用力转换为对第二级航天器的垂直作用力，结构紧凑、弹射行程大、传力刚度好，同时通过多连杆机构的第五连杆和第十一连杆提高了弹射分离装置的整体水平刚度，减小了弹射过程中水平方向变形。