一种栅格舵折叠展开装置及运载火箭的制作方法

1.本发明涉及飞起器飞行姿态控制技术领域，具体涉及一种栅格舵折叠展开装置及运载火箭。


背景技术：

2.可重复使用运载火箭再入返回过程中，需要利用气动控制机构操作面产生空气动力，提高火箭的机动性，增加其稳定性和可控性，从而更好的对火箭的轨迹和姿态进行控制，使火箭能够准确地飞回陆地或海上的着陆场。
3.现有火箭芯一级分离后，气动稳定性差，抗干扰能力差，在下降过程中大多处于不稳定翻滚状态，导致其落点出现较大散布，不能满足可回收需要。目前，现有技术通过在箭体上设置栅格舵解决上述问题，栅格舵与箭体之间设置展开机构，展开状态的栅格舵能对火箭的轨迹和姿态进行控制。但是，现有栅格舵的展开机构结构复杂、所含零部件较多，结构可靠性较差，容易损坏，甚至会导致火箭不能准确着陆等严重后果。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于现有栅格舵的展开机构结构复杂、所含零部件较多，结构可靠性较差，容易损坏，甚至会导致火箭不能准确着陆的缺陷，从而提供一种结构简单，所含零部件较少，结构可靠性较好，不易损坏，保证运载火箭准确着陆的栅格舵折叠展开装置及运载火箭。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种栅格舵折叠展开装置，包括：
6.舵轴组件，其一端通过第一铰接轴与栅格舵铰接，另一端与箭体连接；
7.折叠展开机构，其一端与所述舵轴组件连接，另一端通过第二铰接轴与所述栅格舵铰接，所述第一铰接轴和所述第二铰接轴平行且间隔设置，所述折叠展开机构带动所述栅格舵绕所述第一铰接轴和所述第二铰接轴相对于所述箭体折叠/展开；
8.摇摆机构，设置在所述箭体上，其驱动端与所述舵轴组件连接，带动所述栅格舵绕所述舵轴组件的轴向摆动。
9.作为栅格舵折叠展开装置的优选技术方案，所述折叠展开机构包括折叠展开驱动件和连杆，所述折叠展开驱动件设置在所述舵轴组件上，所述折叠展开驱动件的驱动端连接所述连杆并带动所述连杆沿其轴向移动，所述连杆远离所述折叠展开驱动件的一端通过所述第二铰接轴与所述栅格舵铰接。
10.作为栅格舵折叠展开装置的优选技术方案，所述折叠展开机构还包括限位件，所述限位件设置于所述舵轴组件上，用于对所述栅格舵的展开角度进行限位。
11.作为栅格舵折叠展开装置的优选技术方案，所述限位件包括止位块，所述止位块靠近所述第二铰接轴设置，所述栅格舵展开至预设展开角度时，所述栅格舵与所述止位块抵接。
12.作为栅格舵折叠展开装置的优选技术方案，所述摇摆机构包括摆动驱动件和摇
臂，摇臂设置在舵轴组件上，摆动驱动件设置箭体上，且摆动驱动件与摇臂连接，舵轴组件靠近箭体的一端设置有调心轴承组件。
13.作为栅格舵折叠展开装置的优选技术方案，所述舵轴组件包括舵轴，所述舵轴通过舵轴支座与箭体连接，所述舵轴通过所述调心轴承组件安装在所述舵轴支座上，所述舵轴支座与所述箭体连接。
14.作为栅格舵折叠展开装置的优选技术方案，所述舵轴包括第一芯轴和第二芯轴，所述调心轴承组件包括第一调心轴承和第二调心轴承，所述第一调心轴承套设在所述第一芯轴外，所述第二调心轴承套设在所述第二芯轴外，在所述第一调心轴承上螺纹连接有用于向所述第一调心轴承施加压紧力的第一压紧螺母，在所述第二调心轴承上螺纹连接有用于向所述第二调心轴承施加压紧力的第二压紧螺母。
15.作为栅格舵折叠展开装置的优选技术方案，所述栅格舵与所述舵轴通过所述第一铰接轴铰接，且二者的铰接处设置有铰接组件，所述铰接组件包括压圈和连接件，所述第一铰接轴设置在所述栅格舵和所述舵轴对应的安装槽内，所述压圈通过紧固件安装在所述第一铰接轴的外表面，所述栅格舵和所述舵轴通过所述连接件连接。
16.作为栅格舵折叠展开装置的优选技术方案，所述铰接组件还包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈设置在所述第一铰接轴和所述安装槽之间，所述第二密封圈设置在所述第一铰接轴上。
17.一种运载火箭，包括栅格舵和箭体，所述栅格舵和所述箭体通过如上述的栅格舵折叠展开装置连接。
18.本发明技术方案，具有如下优点：
19.1.本发明提供的栅格舵折叠展开装置，包括：舵轴组件、折叠展开机构和摇摆机构，舵轴组件的一端通过第一铰接轴与栅格舵铰接，另一端与箭体连接；折叠展开机构的一端与舵轴组件连接，另一端通过第二铰接轴与栅格舵铰接，第一铰接轴和第二铰接轴平行且间隔设置，折叠展开机构带动栅格舵绕第一铰接轴和第二铰接轴相对于箭体折叠/展开；摇摆机构设置在箭体上，其驱动端与舵轴组件连接，带动栅格舵绕舵轴组件的轴向摆动。通过设置折叠展开机构和摇摆机构连接栅格舵和箭体，在运载火箭上升段，栅格舵能够贴合在箭体表面，保持良好的气动外形；在运载火箭下降段通过折叠展开机构可使栅格舵展开，同时摇摆机构还能使栅格舵进行摇摆运动，从而对箭体姿态进行控制，实现了栅格舵两个方向的有效运动控制，而且，本发明的栅格舵折叠展开装置结构简单、所含零部件较少、结构可靠性更强，能保证运载火箭准确着陆，提高火箭运行的安全性和精确度。
20.2.本发明提供的栅格舵折叠展开装置，还包括限位件，限位件包括止位块，止位块靠近第二铰接轴设置，当栅格舵展开至预设展开角度时，栅格舵将与止位块抵接，栅格舵不能继续展开，从而实现展开角度的限制。通过设置止位块，对栅格舵的展开进行限位，使栅格舵的展开角度能与预设一致，从而保证栅格舵折叠展开运动的可靠性和准确性，确保火箭运行的精确度。
21.3.本发明提供的栅格舵折叠展开装置，舵轴包括第一芯轴和第二芯轴，调心轴承组件包括第一调心轴承和第二调心轴承，第一调心轴承套设在第一芯轴外，第二调心轴承套设在第二芯轴外，在第一调心轴承上螺纹连接有用于向第一调心轴承施加压紧力的第一压紧螺母，在第二调心轴承上螺纹连接有用于向第二调心轴承施加压紧力的第二压紧螺
母。通过设置调心轴承组件，调心轴承组件具有调心性，可以对对中误差、轴变形进行补偿，且调心轴承组件可承受径向负荷和轴向负荷，保证了舵轴工作状态时的稳定性，避免了舵轴在工作时不必要的磨损，延长了舵轴的使用寿命，降低了生产成本。
22.4.本发明提供的栅格舵折叠展开装置，栅格舵与舵轴通过第一铰接轴铰接，且二者的铰接处设置有铰接组件，铰接组件包括压圈和连接件，第一铰接轴设置在栅格舵和舵轴对应的安装槽内，压圈通过紧固件安装在第一铰接轴的外表面，栅格舵和舵轴通过连接件连接。通过设置第一铰接轴和铰接组件，使栅格舵相对舵轴转动时减少摩擦，避免了舵轴与栅格舵在工作时不必要的磨损，延长了舵轴的使用寿命，且提高栅格舵折叠展开的可靠性。
23.5.本发明提供的栅格舵折叠展开装置，铰接组件还包括第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈设置在第一铰接轴和安装槽之间，第二密封圈设置在第一铰接轴上。通过设置第一密封圈和第二密封圈，可对第一铰接轴进行保护，提高栅格舵与舵轴连接处的密封性，延长第一铰接轴和铰接组件的使用寿命。
24.6.本发明提供的运载火箭，由于包括上述的栅格舵折叠展开装置，使得运载火箭具有栅格舵折叠展开装置的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
26.图1为本发明提供的栅格舵折叠展开装置的结构示意图；
27.图2为图1中a处的局部放大图；
28.图3为图1中b处的局部放大图；
29.图4为图1中c处的局部放大图；
30.图5为本发明提供的栅格舵折叠展开装置的止位块的装配图；
31.图6为本发明提供的栅格舵折叠展开装置的摇臂的结构示意图；
32.图7为本发明提供的栅格舵折叠展开装置的舵轴的结构示意图；
33.图8为本发明提供的栅格舵折叠展开装置的装配图；
34.图9为本发明提供的栅格舵折叠展开装置在折叠状态下的结构示意图；
35.图10为本发明提供的栅格舵折叠展开装置自折叠状态向展开状态展开的结构示意图；
36.图11为本发明提供的栅格舵折叠展开装置完全展开状态时第一视角下的结构示意图；
37.图12为本发明提供的栅格舵折叠展开装置完全展开状态时第二视角下的结构示意图；
38.图13为本发明提供的栅格舵折叠展开装置在摇摆状态下的结构示意图。
39.附图标记说明：
40.1、栅格舵；2、第一铰接轴；3、第二铰接轴；4、箭体；51、连杆；52、自锁螺母；53、轴
套；54、螺栓；61、舵轴；611、第一芯轴；612、第二芯轴；62、舵轴压盖；631、第一调心轴承；632、第一压紧螺母；633、第二调心轴承；634、第二压紧螺母；71、压圈；72、连接件；73、第一密封圈；74、第二密封圈；75、紧固件；8、止位块；9、摇臂；91、套接部；92、摇臂部。
具体实施方式
41.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
45.如图1至图7所示，是本发明栅格舵折叠展开装置的优选实施例。这种栅格舵折叠展开装置结构简单，所含零部件较少，结构可靠性较好，不易损坏，保证运载火箭准确着陆。
46.本实施例的栅格舵折叠展开装置包括：舵轴组件、折叠展开机构和摇摆机构，舵轴组件的一端通过第一铰接轴2与栅格舵1铰接，另一端与箭体4连接；折叠展开机构的一端与舵轴组件连接，另一端通过第二铰接轴3与栅格舵1铰接，第一铰接轴2和第二铰接轴3平行且间隔设置，折叠展开机构带动栅格舵1绕第一铰接轴2和第二铰接轴3相对于箭体4折叠/展开；摇摆机构设置在箭体4上，其驱动端与舵轴组件连接，带动栅格舵1绕舵轴组件的轴向摆动。
47.上述的栅格舵折叠展开装置通过设置折叠展开机构和摇摆机构连接栅格舵1和箭体4，在运载火箭上升段，栅格舵1能够贴合在箭体4表面，保持良好的气动外形；在运载火箭下降段通过折叠展开机构可使栅格舵1展开，同时摇摆机构使栅格舵1进行摇摆运动，对箭体4姿态进行控制，实现了栅格舵1不同方向的运动控制，而且，本发明的栅格舵折叠展开装置结构简单、所含零部件较少、结构可靠性更强，能保证运载火箭准确着陆，提高火箭运行的安全性和精确度。
48.在一个优选的实施方式中，折叠展开机构包括折叠展开驱动件和连杆51，折叠展开驱动件设置在舵轴组件上，折叠展开驱动件用于为栅格舵提供折叠、展开的动力。折叠展开驱动件的驱动端连接连杆51并带动连杆51沿其轴向移动，连杆51远离折叠展开驱动件的一端通过第二铰接轴3与栅格舵1铰接。
49.具体地，如图1和图2所示，折叠展开驱动件包括展开伺服作动器，展开伺服作动器
安装于舵轴组件上，舵轴组件包括舵轴61和舵轴压盖62，舵轴压盖62盖合于舵轴61靠近栅格舵1的一端，舵轴61通过舵轴支座与箭体4连接，栅格舵1、舵轴61为高强度钛合金激光沉积制造工艺成型，采用钛合金材料经激光沉积制造工艺成型+机加工成型技术，提升了结构效率，同时缩短了生产周期，降低了生产成本，舵轴压盖62为高强度钛合金机械加工成型，舵轴压盖62上开设有安装孔，连杆51穿过安装孔，且一端与展开伺服作动器铰接，连杆51的另一端与栅格舵1通过第二铰接轴3铰接，连杆51两端分别设有连杆轴承，连杆轴承套设在第二铰接轴3上，第二铰接轴3的一端套设有轴套53，轴套53通过自锁螺母52固定，另一端设有螺栓54。
50.舵轴61两侧与栅格舵1通过第一铰接轴2铰接，展开伺服作动器的驱动端伸缩带动连杆51沿其轴向伸缩，进而带动与连杆51铰接的栅格舵1绕第一铰接轴2和第二铰接轴3进行折叠或展开运动。
51.在一个优选的实施方式中，折叠展开机构还包括限位件，限位件设置于舵轴组件上，限位件包括止位块8，止位块8靠近第二铰接轴3设置，栅格舵1展开至预设展开角度时，栅格舵1与止位块8抵接。具体地，如图1、图5和图7所示，止位块8采用高强度钛合金机械加工成型，止位块8通过螺钉与舵轴61固定连接，止位块8凸出于舵轴61朝向栅格舵的端面，优选的是，止位块8的延伸方向与舵轴61的轴线方向平行，在栅格舵1通过第一铰接轴2与第二铰接轴3展开时，当栅格舵1展开到位(展开角度达到预设展开角度时)，在本实施例中，预设展开角度即为栅格舵1运动至与舵轴61的轴线方向平行时的角度，栅格舵1靠近舵轴61的端面与止位块8的端面抵接，栅格舵1不能再继续展开，止位块8对栅格舵1的展开角度进行限位，保证栅格舵1展开角度与预设展开角度一致，提高栅格舵1折叠展开运动的准确性和可靠性。当然，可以通过调整止位块8凸出于舵轴61端面的高度，来调整预设展开角度。
52.在一个优选的实施方式中，摇摆机构包括摆动驱动件和摇臂9，摇臂9设置在舵轴组件上，摆动驱动件设置箭体4上，且摆动驱动件与摇臂9连接，舵轴组件靠近箭体4的一端设置有调心轴承组件。具体地，如图1和图6所示，摇臂9包括套接部91和摇臂部92，摇臂9为高强度钛合金机械加工成型，摆动驱动件包括摆动伺服作动器，摆动伺服作动器安装于箭体4上，套接部91套设在舵轴61上，摆动伺服作动器的驱动端与摇臂部92铰接，摆动伺服作动器驱动端的轴向与摇臂9的轴向平行设置，摆动伺服作动器带动摇臂9绕舵轴61摆动，进而带动与摇臂9连接的舵轴61摇摆，继而带动与舵轴61连接的栅格舵1进行摇摆运动。通过设置摇摆机构，栅格舵1通过摇摆运动改变舵攻角提供升力，进而对火箭姿态进行控制，具有布局紧凑、弦向压心变化范围小、铰链力矩小，失速舵偏角大等优点；并且栅格舵1在较大攻角范围内产生的法向力随攻角基本是线性变化的，可以调整升力线斜率，对飞行器来说，在超音速是很有效的控制机构，能够延迟失速，使得箭体4维持升力的能力比单面翼强，并且在超过失速攻角后升力下降得很缓慢，提高舵面失速特性，增强火箭的机动性能。
53.在一个优选的实施方式中，舵轴61通过调心轴承组件安装在舵轴61支座上，舵轴61包括第一芯轴611和第二芯轴612，调心轴承组件包括第一调心轴承631和第二调心轴承633，第一调心轴承631套设在第一芯轴611外，第二调心轴承633套设在第二芯轴612外，在第一调心轴承631上螺纹连接有用于向第一调心轴承631施加压紧力的第一压紧螺母632，在第二调心轴承633上螺纹连接有用于向第二调心轴承633施加压紧力的第二压紧螺母634。
54.具体地，如图1和图7所示，第一芯轴611和第二芯轴612自舵轴61向远离舵轴61设置，且第一芯轴611和第二芯轴612同轴设置，第一调心轴承631套设在第一芯轴611外且通过第一压紧螺母632固定，第二调心轴承633套设在第二芯轴612外且通过第二压紧螺母634固定，第一调心轴承631、第二调心轴承633、第一压紧螺母632和第二压紧螺母634为高强度钛合金机械加工成型，通过设置调心轴承组件，调心轴承组件具有调心性，可以对舵轴61对中误差、轴变形进行补偿，且调心轴承组件可承受径向负荷和轴向负荷，保证了舵轴61工作状态时的稳定性，避免了舵轴61在工作时不必要的磨损，延长了舵轴61的使用寿命，降低了生产成本。
55.在一个优选的实施方式中，栅格舵1与舵轴61通过第一铰接轴2铰接，且二者的铰接处设置有铰接组件，铰接组件包括压圈71和连接件72，第一铰接轴2设置在栅格舵1和舵轴61对应的安装槽内，压圈71通过紧固件75安装在第一铰接轴2的外表面，栅格舵1和舵轴61通过连接件72连接。
56.具体地，如图1和图3，舵轴61两侧均开设有安装槽，第一铰接轴2装配在安装槽内，第一铰接轴2包括调心轴承，压圈71通过紧固件75如紧固螺钉设置在调心轴承上端，栅格舵1设置在舵轴61外侧，即栅格舵1内侧与舵轴61外侧接触，并通过连接件72如连接螺钉连接，通过设置铰接组件和调心轴承，使栅格舵1和舵轴61连接处可承受径向载荷，使栅格舵1相对舵轴61在转动时减小摩擦，避免了舵轴61与栅格舵1在工作时不必要的磨损，延长了舵轴61和栅格舵1的使用寿命。
57.在一个优选的实施方式中，铰接组件还包括第一密封圈73和第二密封圈74，第一密封圈73设置在第一铰接轴2和安装槽之间，第二密封圈74设置在第一铰接轴2上。具体地，如图1和图4所示，第一密封圈73和第二密封圈74为橡胶材质，调心轴承安装在安装槽内，压圈71压设于调心轴承外圈的轴向端面上，第一密封圈73设置在调心轴承和安装槽缝隙内，对调心轴承与安装槽装配起到定位的同时，增强了调心轴承的密封性，调心轴承内圈的外圆周面上与轴承外圈的内圆周面上形成有台阶环槽，第二密封圈74设置在台阶环槽内，第二密封圈74的内端面与台阶环槽的周面抵触限位配合，保证组合密封圈压装精度以及密封效果，提高调心轴承的密封性能和使用寿命。
58.本实施例还提出了一种运载火箭，包括栅格舵1和箭体4，栅格舵1和箭体4通过本实施例上述的栅格舵折叠展开装置连接。
59.本实施例的运载火箭在上升段时，栅格舵1的长度方向与箭体4外壁平行，使栅格舵1与箭体4贴合，使箭体4可以保持良好的气动外形，此阶段整个栅格舵1机构无动作。
60.本实施例的运载火箭在一子级下降段时，栅格舵1通过折叠展开机构做展开运动，如图9至图11所示，展开伺服作动器带动连杆51向靠近箭体4一端运动，进而带动栅格舵1绕第一铰接轴2转动，使栅格舵1从与箭体4平行的位置向与箭体4垂直的方向逐渐展开，当栅格舵1展开到位时(到达预设展开角度)，在本实施例中预设展开角度即为栅格舵1与箭体4外壁呈垂直时的角度，此时，栅格舵1靠近舵轴61的端面与止位块8的端面抵接，止位块8对栅格舵1的展开角度进行限位，使栅格舵1不能向远离舵轴61轴线方向继续运动，保证栅格舵1展开角度与预设展开角度一致，同时由于展开伺服作动器本身具有的自锁力，能对栅格舵1的角度位置进行锁定，使栅格舵1始终保持在预设展开角度的位置，提高栅格舵1折叠展开运动的准确性和可靠性，在栅格舵1进行展开运动的同时可通过摇摆机构做摇摆运动，如
图12和图13所示，摇摆伺服作动器带动摇臂部92摆动，进而带动舵轴61摆动，继而使栅格舵1绕舵轴进行摆动运动，从而对箭体4姿态进行控制，实现了栅格舵1不同方向的运动控制，本实施例的运载火箭集折叠展开运动、摇摆运动于一体，降低箭体4上升段气动阻力，提升返回段气动控制能力。
61.在折叠时，展开伺服作动器带动连杆51向远离箭体4一端运动，进而带动栅格舵1绕第一铰接轴2转动，使栅格舵1从与箭体4垂直的位置向与箭体4平行的方向逐渐折叠。
62.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。