一种航天运输器用栅格舵展开锁定机构制造技术

本发明专利技术涉及一种航天运输器用栅格舵展开锁定机构，利用平面蜗卷弹簧驱动栅格舵展开，利用支撑筋端部的锁定平面与底座上的锁定平面配合作用、通过机械限位实现正向锁定，利用锁定杆组件与支撑筋内腔中的锁定轨迹面配合作用、通过自锁原理实现反向锁定。本发明专利技术可实现驱动收拢的栅格舵展开并锁定，具备结构简单、展开可靠、锁定刚度高以及承载能力强等有益效果，可应用于航天运输器栅格舵的展开锁定，并且为实现航天运输器落区控制和定点回收提供了技术保障。

A grid rudder deployment locking mechanism for space transporter

The invention relates to a grid rudder expanding locking mechanism for space transporter, which uses a plane volute spring to drive the grid rudder to expand, uses the locking plane at the end of the support rib to cooperate with the locking plane on the base, realizes forward locking through mechanical limit, uses the locking rod assembly to cooperate with the locking track surface in the inner cavity of the support rib, and realizes reverse locking through the self-locking principle. The invention can drive the retracted grid rudder to unfold and lock, has the advantages of simple structure, reliable deployment, high locking rigidity and strong bearing capacity, can be applied to the unfolding and locking of the grid rudder of the space transporter, and provides the technical guarantee for realizing the landing area control and fixed-point recovery of the space transporter.

【技术实现步骤摘要】
一种航天运输器用栅格舵展开锁定机构
本专利技术涉及航天运输器机构
，具体涉及一种适用于落区可控航天运输器的栅格舵展开锁定机构。
技术介绍
目前，我国运载火箭尚不具备子级落区控制能力，一子级落区散布范围一般宽30公里，长50～70公里。当前每年执行20～30余次航天发射任务，每次均需疏散数万群众，子级残骸砸毁房屋、高压线、农田、高速公路等民用设施，污染水源，给落区群众的生命财产安全带来严重危害，扰乱正常生活生产秩序。此外，残骸搜索和失控时间较长，给当地政府和军分区带来极大处置难度。因此，迫切需要从技术上快速高效地解决落区安全问题。在运载火箭一子级级间段上安装栅格舵结构系统，是一种实现子级落区控制和定点回收的有效途径。在运载火箭主动上升飞行段，栅格舵处于收拢状态，即贴合箭体，以减少上升段飞行阻力；在运载火箭子级返回段，栅格舵处于展开状态，通过其气动外形影响高速下落子级的空气动力特性，从而改变子级下落的动力学参数，进而达到子级落区控制的目的。栅格舵展开锁定机构用于驱动收拢的栅格舵展开、实现有效锁定，并承受子级返回段的气动力载荷。目前，国内配备了栅格舵的火箭主要是中国航天科工集团第四研究院的快舟系列固体火箭，以及中国航天科技集团第一研究院CZ-2F的逃逸塔等；但是，这些栅格舵主要用于火箭主动飞行段的姿态控制，与实现火箭子级落区控制的栅格舵相比，其展开机构承载能力差距较大。国外配备了栅格舵的火箭主要是美国SpaceX公司的猎鹰系列重复使用运载火箭，与本专利技术采用无源机构驱动栅格舵展开不同，猎鹰系列重复使用运载火箭采用有源机构驱动栅格舵展开。综上所述，目前未发现与本专利技术类似的相关技术说明或报道。
技术实现思路
本专利技术旨在解决落区可控航天运输器的栅格舵展开锁定问题，提供一种适用于落区可控航天运输器的栅格舵展开锁定机构。本专利技术目的通过如下技术方案予以实现：提供一种航天运输器用栅格舵展开锁定机构，包括底座、平面蜗卷弹簧、转轴组件、支撑筋以及锁定杆组件；所述底座固定至航天运输器；栅格舵的两端分别通过转轴组件连接至所述底座；平面蜗卷弹簧内端固定至所述转轴组件，外端固定至底座；支撑筋固定在栅格舵底端；当栅格舵在收拢位置，压紧释放装置将栅格舵约束至航天运输器，平面蜗卷弹簧处于预紧状态；当压紧释放装置解除对栅格舵的约束，栅格舵在平面蜗卷弹簧的驱动力矩作用下，相对于底座沿展开方向转动；当栅格舵展开到位时，支撑筋端部的锁定平面与底座上的锁定平面配合作用实现正向锁定，锁定杆与支撑筋内腔的锁定轨迹面配合作用实现反向锁定。优选的，转轴组件包括转轴以及关节轴承；转轴以及关节轴承内圈固定至栅格舵，关节轴承外圈固定至底座。优选的，平面蜗卷弹簧内端通过弹簧内端固定件连接至花键轴，花键轴与转轴固连，弹簧内端固定件与花键轴之间通过花键连接，能够通过所述花键调节相对相位角度，进而调节平面蜗卷弹簧的预扭角度和预紧力矩。优选的，支撑筋设置锁定轨迹面，在栅格舵展开的过程中锁定杆组件端部沿锁定轨迹面运动，最终达到锁定位置。优选的，锁定杆组件包括支座、轴、锁定轴、滚轮、锁定杆以及扭簧；支座固定至底座，锁定杆通过轴连接至支座，并能绕轴自由转动；滚轮通过锁定轴连接至锁定杆，并能绕锁定轴自由转动；扭簧的固定端固定至支座，摆臂端与锁定杆同步转动；当栅格舵在收拢位置，锁定杆在扭簧的作用下压紧在支座的限位面上；当栅格舵展开至设定角度后，支撑筋的锁定轨迹面与滚轮接触，并驱动锁定杆克服扭簧力矩绕轴转动，同时滚轮沿锁定轨迹面滚动；当栅格舵展开到位后，锁定杆在扭簧力矩作用下回转，并带动滚轮滚动至支撑筋锁定轨迹面的锁定位置，通过自锁原理实现反向锁定。优选的，当栅格舵展开到位时，支撑筋端部的锁定平面与底座上的锁定平面配合限位。优选的，还包括档杆，扭簧的固定端通过档杆约束在支座上。优选的，支撑筋的锁定轨迹面包括由多个斜面和圆弧面光滑衔接组成，滚轮沿所述锁定轨迹面滚动时，依次通过斜面A、RX圆弧面、斜面B、RY圆弧面、RZ圆弧面，最终停在RZ圆弧面与其相切斜面C的切点位置，即锁定位置；栅格舵展开到位时，锁定轨迹面应满足如下几何关系：①RZ圆弧面的圆心与轴的轴心重合；②RZ等于轴与锁定轴的轴心距离减去滚轮半径；③RZ圆弧面之前的轨迹面上，各点到轴轴心的距离小于RZ，以保证滚轮能顺利通过；④RZ圆弧面之后的轨迹面上，各点到轴轴心的距离大于RZ，以保证滚轮在通过RZ圆弧面后停在锁定位置。优选的，栅格舵展开到位后，轴和锁定轴的轴心连线与支撑筋的锁定轨迹面垂直，滚轮的外圆面与支撑筋的锁定轨迹面相切；当栅格舵受到反向转动的力矩载荷时，支撑筋受到锁定杆组件的约束力作用，所述约束力对栅格舵形成的力矩与其受到的反向转动力矩载荷抵消，进而实现栅格舵的反向锁定；同时，滚轮的受力方向主要沿轴轴心指向锁定轴轴心，无法使锁定杆克服扭簧力矩绕轴转动，进而保证滚轮始终处于支撑筋锁定轨迹面的锁定位置，使锁定杆组件实现自锁。优选的，栅格舵展开锁定后，两处关节轴承以及支撑筋端部共同与底座配合作用，形成稳定的不共线三点支撑结构。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术可实现驱动收拢的栅格舵展开并锁定，具备结构简单、展开可靠、锁定刚度高以及承载能力强等有益效果。(2)本专利技术采用不同锁定原理、通过产品不同部位分别实现正向锁定和反向锁定，既能保证较高的锁定刚度和承载能力，又能有效避免多处同时锁定带来的过约束问题；此外，可以根据不同要求分别设计正、反两方向的锁定刚度和承载能力，更有利于重量等资源的优化配置。(3)本专利技术锁定杆组件设置滚轮结构，将局部的滑动摩擦转化为滚动摩擦，有效降低机构内阻，提高机构展开可靠性。附图说明图1是栅格舵展开锁定机构的结构组成主视图。图2是栅格舵展开锁定机构的结构组成俯视图。图3是栅格舵展开锁定机构驱动展开部分的立体示意图。图4是栅格舵展开锁定机构锁定部分的立体示意图。图5是弹簧内端固定件与花键轴之间的花键连接结构示意图。图6是锁定杆组件的结构组成示意图。图7是栅格舵在航天运输器上的安装布局示意图；其中(a)为栅格舵收拢状态示意图，(b)为栅格舵展开状态主视图(c)为栅格舵展开状态俯视图。图8是栅格舵展开过程示意图，其中(a)为收拢位置(展开0°)，(b)为展开过程中(展开α°)，(c)为展开过程中(展开β°)，(d)为展开位置(展开90°)。图9是支撑筋的锁定平面和锁定轨迹面结构示意图，其中(a)为立体视图，(b)为主视图。图10是栅格舵(1)受外界环境中反向转动力矩载荷时的受力分析示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。图1和图2是栅格舵展开锁定机构的结构组成示意图，图3和图4是栅格舵展开锁定机构的立体示意图。机构由栅格舵1、轴端挡圈2、转轴3、垫圈4、关节轴承5、底座6、轴承端盖7、平面蜗卷弹簧8、弹簧内端固定件9、花键轴1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航天运输器用栅格舵展开锁定机构，其特征在于：包括底座(6)、平面蜗卷弹簧(8)、转轴组件、支撑筋(13)以及锁定杆组件(12)；/n所述底座(6)固定至航天运输器；栅格舵(1)的两端分别通过转轴组件连接至所述底座(6)；平面蜗卷弹簧(8)内端固定至所述转轴组件，外端固定至底座(6)；支撑筋(13)固定在栅格舵(1)底端；/n当栅格舵(1)在收拢位置，压紧释放装置将栅格舵(1)约束至航天运输器，平面蜗卷弹簧(8)处于预紧状态；当压紧释放装置解除对栅格舵(1)的约束，栅格舵(1)在平面蜗卷弹簧(8)的驱动力矩作用下，相对于底座(6)沿展开方向转动；当栅格舵(1)展开到位时，支撑筋(13)端部的锁定平面与底座(6)上的锁定平面配合作用实现正向锁定，锁定杆(18)与支撑筋(13)内腔的锁定轨迹面配合作用实现反向锁定。/n

【技术特征摘要】
1.一种航天运输器用栅格舵展开锁定机构，其特征在于：包括底座(6)、平面蜗卷弹簧(8)、转轴组件、支撑筋(13)以及锁定杆组件(12)；
所述底座(6)固定至航天运输器；栅格舵(1)的两端分别通过转轴组件连接至所述底座(6)；平面蜗卷弹簧(8)内端固定至所述转轴组件，外端固定至底座(6)；支撑筋(13)固定在栅格舵(1)底端；
当栅格舵(1)在收拢位置，压紧释放装置将栅格舵(1)约束至航天运输器，平面蜗卷弹簧(8)处于预紧状态；当压紧释放装置解除对栅格舵(1)的约束，栅格舵(1)在平面蜗卷弹簧(8)的驱动力矩作用下，相对于底座(6)沿展开方向转动；当栅格舵(1)展开到位时，支撑筋(13)端部的锁定平面与底座(6)上的锁定平面配合作用实现正向锁定，锁定杆(18)与支撑筋(13)内腔的锁定轨迹面配合作用实现反向锁定。


2.如权利要求1所述的航天运输器用栅格舵展开锁定机构，其特征在于，转轴组件包括转轴(3)以及关节轴承(5)；转轴(3)以及关节轴承(5)内圈固定至栅格舵(1)，关节轴承(5)外圈固定至底座(6)。


3.如权利要求2所述的航天运输器用栅格舵展开锁定机构，其特征在于，平面蜗卷弹簧(8)内端通过弹簧内端固定件(9)连接至花键轴(10)，花键轴(10)与转轴(3)固连，弹簧内端固定件(9)与花键轴(10)之间通过花键连接，能够通过所述花键调节相对相位角度，进而调节平面蜗卷弹簧(8)的预扭角度和预紧力矩。


4.如权利要求1所述的航天运输器用栅格舵展开锁定机构，其特征在于，支撑筋(13)设置锁定轨迹面，在栅格舵(1)展开的过程中锁定杆组件(12)端部沿锁定轨迹面运动，最终达到锁定位置。


5.如权利要求4所述的航天运输器用栅格舵展开锁定机构，其特征在于，锁定杆组件(12)包括支座(15)、轴(19)、锁定轴(21)、滚轮、锁定杆(18)以及扭簧(17)；支座(15)固定至底座(6)，锁定杆(18)通过轴(19)连接至支座(15)，并能绕轴(19)自由转动；滚轮通过锁定轴(21)连接至锁定杆(18)，并能绕锁定轴(21)自由转动；扭簧(17)的固定端固定至支座(15)，摆臂端与锁定杆(18)同步转动；当栅格舵(1)在收拢位置，锁定杆(18)在扭簧(17)的作用下压紧在支座(15)的限位面上；当栅格舵(1)展开至设定角度后，支撑筋(13)的锁定轨迹面与滚轮接触，并驱动锁...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳，袁伟，顾珏华，崔琦峰，咸奎成，陈雪巍，金益辉，秦伟，沈蔚松，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31