一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器的制作方法

本发明属于火箭着陆腿设计领域，涉及一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器。

背景技术：

在垂直起降重复使用火箭着陆时，着陆腿完成展开和锁定，然后缓冲火箭着陆的冲击。在着陆腿的梢部需布置具有双向缓冲能力的缓冲器，对着陆腿展开和落震这两个过程的冲击进行缓冲吸能，保护火箭结构的安全，提高着陆稳定性。

重复使用火箭着陆腿缓冲器需能够适应展开/着陆双向缓冲吸能的要求，且要求缓冲能力强、压缩比高。现有着陆缓冲器实现缓冲的方法主要有多胞材料变形法、薄壁金属管变形、液压阻尼法、特殊材料拉伸法等。其中铝蜂窝缓冲吸能主要用于着陆缓冲，一般只具有单向缓冲能力；薄壁金属管变形法是依靠薄壁金属管的塑性扩径变形和摩擦发热来吸收能量，可用于航天员座椅缓冲，润滑对性能一致性的影响较大。液压阻尼器载荷适应能力强，结构复杂，重量大，密封要求高，性能受液体、气体的密度、压力、粘性系数、温度等参数影响大。特殊材料拉伸法通过拉杆的塑性拉伸变形来缓冲能量，能用于需要拉伸缓冲的双向缓冲器，但需采用超塑性材料，对材料性能要求高且缓冲能力有限。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，实现了对着陆腿展开和落震过程的冲击进行缓冲吸能，降低对箭体结构的冲击，保护火箭的安全。

本发明解决技术的方案是：

一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，包括外筒组件、内筒组件、落震缓冲蜂窝组件和展开缓冲蜂窝组件；其中，外筒组件为一端开口的中空筒状结构；外筒组件开口端竖直向下放置；外筒组件的顶端封闭端与外部火箭着陆腿同轴对接；落震缓冲蜂窝组件设置在外筒组件的内腔中；内筒组件为一端开口的中空筒状结构；内筒组件开口端竖直向下放置；内筒组件的顶端封闭端从外筒组件的开口端伸入外筒组件组件中，且落震缓冲蜂窝组件设置在内筒组件的顶端外壁与外筒组件顶端内壁之间；展开缓冲蜂窝组件从内筒组件的开口端伸入内筒组件中；展开缓冲蜂窝组件的底端与外部着陆脚连接。

在上述的一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，所述外筒组件包括外筒、锁紧装置和限位块；外筒为一端开口的中空筒状结构；锁紧装置固定设置在外筒顶端的外侧壁处；通过锁紧装置实现将外筒的顶部与外部火箭着陆腿对接；限位块设置在外筒低端开口端的内壁处；当内筒组件沿轴向在外筒内部移动时，限位块防止内筒组件与外筒脱离。

在上述的一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，所述内筒组件包括内筒、减磨环、内筒堵盖、橡胶垫、支撑架和止退钉；其中，内筒为一端开口的中空筒状结构；减磨环套装在内筒顶端的外壁处；实现内筒在外筒中移动时，减小摩擦；内筒堵盖设置在内筒的顶端，实现对内筒顶部的密封；支撑架固定安装在内筒堵盖的顶部；橡胶垫固定安装在支撑架的顶部；止退钉均匀环绕设置在内筒堵盖的顶端。

在上述的一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，所述落震缓冲蜂窝组件包括3个落震缓冲蜂窝、3个保持架、蜂窝端盖、堵盖和3个减磨套；其中，落震缓冲蜂窝为柱状结构；3个落震缓冲蜂窝沿竖直方向同轴放置；保持架截面为t形的环状结构；其中1个保持架套装在最底端落震缓冲蜂窝的底端外壁；另外2个保持架分别套装在相邻2个落震缓冲蜂窝的连接处；蜂窝端盖固定安装在最顶端落震缓冲蜂窝的顶端；堵盖安装在蜂窝端盖的顶部；每个保持架的外壁对应套装1个减磨套。

在上述的一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，所述当内筒组件在外筒组件内腔沿轴向移动时，通过橡胶垫推动最底端的落震缓冲蜂窝，实现保持3个落震缓冲蜂窝同轴。

在上述的一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，所述止退钉的顶端设置有倒钩；止退钉伸入最底端的落震缓冲蜂窝内部，通过倒钩防止内筒与最底端的落震缓冲蜂窝脱离。

在上述的一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，所述蜂窝端盖为盘状结构；蜂窝端盖的表面设置有雪花状的发散型通孔，当内筒组件在外筒组件内腔沿轴向移动时，实现将蜂窝端盖下方的气体通过发散型通孔排出，减小阻力。

在上述的一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，所述展开缓冲蜂窝组件包括缓冲器顶杆、关节轴承、下端盖、接头、拧紧螺母、展开缓冲蜂窝、蜂窝压板、弹簧保持架和弹簧；其中，缓冲器顶杆为伸入内筒的杆状结构；关节轴承设置在缓冲器顶杆的轴向底端；通过关节轴承实现与外部着陆脚连接；蜂窝压板固定套装在缓冲器顶杆轴向顶杆的外壁；接头套装在缓冲器顶杆中部的外壁；下端盖套装在接头的外壁；且下端盖与内筒开口端内壁固连，接头与下端盖固连；拧紧螺母套装在缓冲器顶杆的外壁，且位于接头的轴向下方；展开缓冲蜂窝套装在缓冲器顶杆的外壁，且与蜂窝压板的下表面接触；弹簧保持架设置在展开缓冲蜂窝与下端盖之间；弹簧设置在弹簧保持架内。

在上述的一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，当外部火箭着陆腿伸展准备着陆时，缓冲器顶杆在重力作用下，带动蜂窝压板竖直向下移动；在下端盖的限位作用下，蜂窝压板向下压缩展开缓冲蜂窝和弹簧，实现对重力的缓冲；平稳后，在弹簧复位力作用下，展开缓冲蜂窝恢复。

在上述的一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，当与关节轴承连接的外部着陆脚接触地面时，在反作用力作用下，缓冲器顶杆竖直向上移动，通过拧紧螺母推动接头、下端盖、内筒整体沿轴向竖直上移；压缩落震缓冲蜂窝组件，实现缓冲。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明在满足在重复使用火箭着陆腿梢部安装的几何外形尺寸和接口要求的基础上，对吸能材料、双向缓冲实现形式、复位功能实现方式等进行设计，通过多个零件的组合实现预定功能；

(2)本发明既能够用于缓冲火箭着陆时的落震冲击，也能够缓冲着陆腿展开到位时惯性力带来的冲击，形成双向缓冲能力。通过关键零件的更换以及数量变化达到调节机构产品性能的目的，以适应不同使用环境的需求。

附图说明

图1为本发明双向缓冲器整体示意图及剖面示意图；

图2为本发明外筒组件示意图；

图3为本发明内筒组件示意图；

图4为本发明落震缓冲蜂窝组件示意图；

图5为本发明蜂窝端盖示意图；

图6为本发明展开缓冲蜂窝组件示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

在垂直起降重复使用火箭回收机构技术中，当火箭一子级即将着陆前，需完成着陆腿的展开和锁定，帮助火箭实现垂直着陆。

安装在火箭尾段/后过渡段上的着陆腿在火箭主任务上升段呈折叠状态紧贴在箭体表面，以降低阻力。即将着陆前着陆腿展开，完成火箭的着陆并为火箭提供支撑。本发明提供一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，在着陆腿的梢部布置缓冲器，对着陆腿展开和落震过程的冲击进行缓冲吸能，降低对箭体结构的冲击，保护火箭的安全。

着陆腿依靠自身重力或主动推冲力等方式展开，展开到位时完成自身的锁定，成为一种稳定的支撑结构。着陆腿以一定的角速度展开到位，锁定时需使用缓冲器吸收由自身惯性力带来的冲击能量，降低着陆腿展开到位时着陆腿对箭体结构的冲击，保证箭体安全和稳定性。火箭着陆时仍具有一定的下降速度且火箭自身重量较大，会形成较大的着陆冲击力和能量，需要缓冲器降低冲击力和吸收冲力能量，保证箭体安全和着陆稳定性。

缓冲器需能够安装于着陆腿梢部，可靠完成展开锁定等预定动作，需能够适应展开/着陆双向缓冲吸能的要求，以及在严酷力热环境下稳定工作。

重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器，如图1所示，主要包括外筒组件1、内筒组件2、落震缓冲蜂窝组件3和展开缓冲蜂窝组件4；其中，外筒组件1为一端开口的中空筒状结构；外筒组件1开口端竖直向下放置；外筒组件1的顶端封闭端与外部火箭着陆腿同轴对接；落震缓冲蜂窝组件3设置在外筒组件1的内腔中；内筒组件2为一端开口的中空筒状结构；内筒组件2开口端竖直向下放置；内筒组件2的顶端封闭端从外筒组件1的开口端伸入外筒组件1组件中，且落震缓冲蜂窝组件3设置在内筒组件2的顶端外壁与外筒组件1顶端内壁之间；展开缓冲蜂窝组件4从内筒组件2的开口端伸入内筒组件2中；展开缓冲蜂窝组件4的底端与外部着陆脚连接。如图1所示。内筒组件2与外筒组件1同轴，内筒组件2可以沿轴向向外筒组件1内部移动，从而压缩外筒组件1内部安装的落震缓冲蜂窝组件3，通过蜂窝材料的塌缩吸能作用吸收火箭着陆时着陆腿的冲击能量。展开缓冲蜂窝组件4安装在内筒组件2的内部。

外筒组件1的具体结构如图2所示，包括外筒1-1、锁紧装置1-2和限位块1-3；外筒1-1为薄壁圆筒形状零件，上端安装了锁紧装置1-2，用于与着陆腿主体部分连接，内筒2-1套接在外筒1-1内部，外筒底部连接有限位块1-3，用于限制内筒2-1相对外筒沿轴向向外的位移。外筒1-1为一端开口的中空筒状结构；锁紧装置1-2固定设置在外筒1-1顶端的外侧壁处；通过锁紧装置1-2实现将外筒1-1的顶部与外部火箭着陆腿对接；限位块1-3设置在外筒1-1低端开口端的内壁处；当内筒组件2沿轴向在外筒1-1内部移动时，限位块1-3防止内筒组件2与外筒1-1脱离。

内筒组件2的组成如图3所示，包括内筒2-1、减磨环2-2、内筒堵盖2-3、橡胶垫2-4、支撑架2-5和止退钉2-6；其中，内筒2-1为一端开口的中空筒状结构；减磨环2-2套装在内筒2-1顶端的外壁处；实现内筒2-1在外筒1-1中移动时，减小摩擦；内筒堵盖2-3设置在内筒2-1的顶端，实现对内筒2-1顶部的密封；支撑架2-5固定安装在内筒堵盖2-3的顶部；橡胶垫2-4固定安装在支撑架2-5的顶部；止退钉2-6均匀环绕设置在内筒堵盖2-3的顶端。

落震缓冲蜂窝组件3为圆柱状组件，安装在外筒1-1内部，内筒组件2在火箭着陆时受压沿缓冲器轴向移动进而压缩蜂窝，通过蜂窝材料的塌缩吸能性能降低冲击。落震缓冲蜂窝组件3由多个落震缓冲蜂窝3-1、保持架3-2、减磨套3-5串联组成，可以用过调整单块落震缓冲蜂窝3-1的高度、蜂窝自身性能改变缓冲器的缓冲吸能能力。堵盖3-4用于与外筒连接，对蜂窝起到轴向限位功能，蜂窝端盖3-3见图5中间设计有透气孔，且开有气体流通槽，能够使落震缓冲蜂窝3-1窝在受压时，外筒1-1内部气体能够从流通槽和透气孔留出，避免封闭腔体内部气体受压产生除蜂窝缓冲之外额外的缓冲力，造成实际缓冲力大于预算值，导致力值过大而损坏结构。如图4所示，落震缓冲蜂窝组件3包括3个落震缓冲蜂窝3-1、3个保持架3-2、蜂窝端盖3-3、堵盖3-4和3个减磨套3-5；其中，落震缓冲蜂窝3-1为柱状结构；3个落震缓冲蜂窝3-1沿竖直方向同轴放置；保持架3-2截面为t形的环状结构；其中1个保持架3-2套装在最底端落震缓冲蜂窝3-1的底端外壁；另外2个保持架3-2分别套装在相邻2个落震缓冲蜂窝3-1的连接处；蜂窝端盖3-3固定安装在最顶端落震缓冲蜂窝3-1的顶端；堵盖3-4安装在蜂窝端盖3-3的顶部；每个保持架3-2的外壁对应套装1个减磨套3-5。

当内筒组件2在外筒组件1内腔沿轴向移动时，通过橡胶垫2-4推动最底端的落震缓冲蜂窝3-1，实现保持3个落震缓冲蜂窝3-1同轴。内筒组件2起到压缩落震缓冲蜂窝3-1的作用，在内筒2-1的顶端安装有橡胶垫2-4和支撑架2-5，安装完成后橡胶垫2-4处于受压状态，能够消除公差累积带来的装配尺寸误差，避免火箭飞行中内筒2-1的晃动。

在内筒2-1顶端在安装有止退钉2-6，其作用是在内筒压缩蜂窝时插入塌缩的蜂窝内部，与蜂窝连为一体，避免火箭着陆发生弹跳时，内筒2-1与蜂窝之间发生相对远离。止退钉2-6的顶端设置有倒钩；止退钉2-6伸入最底端的落震缓冲蜂窝3-1内部，通过倒钩防止内筒2-1与最底端的落震缓冲蜂窝3-1脱离。

如图5所示，蜂窝端盖3-3为盘状结构；蜂窝端盖3-3的表面设置有雪花状的发散型通孔，当内筒组件2在外筒组件1内腔沿轴向移动时，实现将蜂窝端盖3-3下方的气体通过发散型通孔排出，减小阻力。

展开缓冲蜂窝组件4的具体结构如图6所示，包括缓冲器顶杆4-1、关节轴承4-2、下端盖4-3、接头4-4、拧紧螺母4-5、展开缓冲蜂窝4-6、蜂窝压板4-7、弹簧保持架4-8和弹簧4-9；其中，缓冲器顶杆4-1为伸入内筒2-1的杆状结构；关节轴承4-2设置在缓冲器顶杆4-1的轴向底端；通过关节轴承4-2实现与外部着陆脚连接；蜂窝压板4-7固定套装在缓冲器顶杆4-1轴向顶杆的外壁；接头4-4套装在缓冲器顶杆4-1中部的外壁；下端盖4-3套装在接头4-4的外壁；且下端盖4-3与内筒2-1开口端内壁固连，接头4-4与下端盖4-3固连；拧紧螺母4-5套装在缓冲器顶杆4-1的外壁，且位于接头4-4的轴向下方；展开缓冲蜂窝4-6套装在缓冲器顶杆4-1的外壁，且与蜂窝压板4-7的下表面接触；弹簧保持架4-8设置在展开缓冲蜂窝4-6与下端盖4-3之间；弹簧4-9设置在弹簧保持架4-8内。

当外部火箭着陆腿伸展准备着陆时，缓冲器顶杆4-1在重力作用下，带动蜂窝压板4-7竖直向下移动；在下端盖4-3的限位作用下，蜂窝压板4-7向下压缩展开缓冲蜂窝4-6和弹簧4-9，实现对重力的缓冲；平稳后，在弹簧4-9复位力作用下，展开缓冲蜂窝4-6恢复。当与关节轴承4-2连接的外部着陆脚接触地面时，在反作用力作用下，缓冲器顶杆4-1竖直向上移动，通过拧紧螺母4-5推动接头4-4、下端盖4-3、内筒2-1整体沿轴向竖直上移；压缩落震缓冲蜂窝组件3，实现缓冲。

火箭着陆腿展开到位时，其展开的速度和自身的质量会形成较大的惯性力负载。展开缓冲蜂窝组件一端与缓冲器内筒相连，另一端与着陆腿梢部结构连接，其主要目的是为了降低着陆腿展开到位时的冲击。

下端盖4-3、接头4-4与缓冲器内筒相连，缓冲器顶杆4-1从下端盖4-3、接头4-4中心的圆孔穿入，能够与之产生沿轴向的相对滑动。缓冲器顶杆4-1的底端内嵌了关节轴承4-2，用于与着陆脚连接，着陆腿展开到位时会将缓冲器顶杆4-1向外拉动。缓冲器顶杆4-1中间位置设有带螺纹的凸台，使用双螺母限制缓冲器顶杆4-1向内筒2-1内部沿轴向的位移，即在火箭着陆时将落震冲击从着陆腿梢部经缓冲器顶杆4-1传递至内筒2-1，进而压缩落震缓冲蜂窝组件3实现缓冲。

在内筒2-1内部安装有圆柱形状的展开缓冲蜂窝4-6，该蜂窝中心有通孔，可以套接在缓冲器顶杆4-1外部，缓冲器顶杆4-1顶端连接有蜂窝压板4-7。当着陆腿展开到位时，着陆腿会带动缓冲器顶杆4-1沿轴向向外移动，进而拉动蜂窝压板4-7将载荷传递至展开缓冲蜂窝4-6，将蜂窝压溃吸收能量，降低冲击力。

在展开缓冲蜂窝4-7与下端盖4-3之间设置有弹簧保持架4-8与弹簧4-9，其目的是在展开缓冲过程完成后令缓冲器收缩复位。在缓冲器安装完成的初始状态，弹簧4-9为压缩状态，弹簧4-9力小于展开缓冲蜂窝4-7的压溃临界值，使其在初始状态不会对蜂窝性能造成影响或提前压溃。当展开缓冲过程完成，展开缓冲蜂窝4-7已经完全或部分压溃，高度降低后。弹簧4-9失去沿轴向的压缩限制而伸长，推动展开缓冲蜂窝展开缓冲蜂窝4-6、蜂窝压板4-7和缓冲器顶杆4-1，将缓冲器从拉长状态复位，准备进行着陆的落震缓冲。

本发明提出了一种重复使用火箭着陆腿塌缩吸能双向缓冲器的设计方法，在满足在重复使用火箭着陆腿梢部安装的几何外形尺寸和接口要求的基础上，对吸能材料、双向缓冲实现形式、复位功能实现方式等进行设计，通过多个零件的组合实现预定功能；通过关键零件的更换以及数量变化达到调节机构产品性能的目的，以适应不同使用环境的需求。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。