一种火箭推进剂加注对接系统的制作方法

本发明属于推进剂加注技术领域，尤其涉及一种火箭推进剂加注对接系统。

背景技术：

现役运载火箭在发射场准备过程自动化程度偏低，尤其在火箭发射前的加注、射前状态检查等诸多环节仍需要大量的人工操作。无人值守加注技术的发展可以大幅提升火箭自动化测试水平，有效改变火箭发射场工作自动化程度低、保障人员多及操作效率低的技术现状。通过连接器的自动对接与脱离技术，可有效的避免人员现场操作，特别是在常规推进剂液体火箭连接器脱落后，当箭体产生故障时的连接器需要快速自动再对接及推进剂泄出工作，有效的保障了人员安全。火箭推进剂加注自动对接与脱离技术科实现快速自动对接，满足运载火箭快速发射需求。

美国作为世界航天强国，形成了以火箭箭体为安装基架的“箭栖”对接技术，自动对接装置安装在火箭箭体上，对接及加注的过程中加注口与加泄连接器均处于相对静止状态，避免了对接和加注过程中由于箭体晃动所产生的对中及随动难度。俄罗斯作航天强国也形成了“架栖”对接技术，具有对接及脱落简便可靠、操作时间短的优点、脱落后再对接的功能，但其核心属于刚性装配技术，不可避免存在环境适应性差(只适用于加注口位于箭体尾段的火箭)、对箭体吊装和安放等配套环节要求高、装置本身体积庞大等不足之处。

一般的加注系统为机械臂夹持推进剂加注管道和加泄连接器实现与火箭对接，机械臂与加注管道、加泄连接器独立分离设计，推进剂经过专用加注管道进入箭体。

现有技术中加泄连接器需要机械臂提供作用力，才能实现火箭加注阀门打开活关闭动作。这种机械臂存在本体刚度差、末端载荷大、对接锁紧操作复杂、对接作用力大的缺点。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种火箭推进剂加注对接系统，该系统可实现自动加注对接，且结构更加简单、操作简便。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种火箭推进剂加注对接系统，包括：

基座，固连于安装结构上；

至少两个加注管道，所述加注管道两端端口的轴线不重合，所有所述加注管道依次连通，且相邻所述加注管道的相邻端口之间旋转密封连接，首端的所述加注管道设于所述基座且与加注介质输出管路连通；

对接组件，设于末端的所述加注管道，所述对接组件用于与加注口对接，以使末端的所述加注管道与所述加注口连通；

若干旋转组件，设于相邻所述加注管道之间，用于驱动相邻所述加注管道之间相对旋转，以使所述对接组件移动至所述加注口以实现对接连通。

根据本发明一实施例，包括移动组件，设于所述基座，首端的所述加注管道设于所述移动组件且通过其驱动以移动。

根据本发明一实施例，所述移动组件包括：

滑轨，安装于所述基座；

安装座，滑动连接于所述滑轨，首端的所述加注管道连接于所述安装座；

第一驱动装置，驱动所述安装座在所述滑轨上滑动。

根据本发明一实施例，包括平衡伸缩缸，固连于所述安装结构，所述平衡伸缩缸的伸缩杆连接于所述安装座，所述对接组件对接完成后，所述第一驱动装置对所述安装座的驱动断开，由所述平衡伸缩缸支撑所述安装座。

根据本发明一实施例，所述旋转组件包括第二驱动装置、相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮设于所述第二驱动装置的输出轴上，所述第二驱动装置和所述第二齿轮分别设于相邻的所述加注管道上。

根据本发明一实施例，所述对接组件包括：

主体，所述主体中空形成通道，所述主体的第一端与末端的所述加注管道连通、第二端用于与所述加注口连通；

锁紧组件，设于所述主体，用于将所述主体与所述加注口连接锁紧。

根据本发明一实施例，所述对接组件包括设于所述主体的定位组件，对接时通过所述定位组件使所述主体与所述加注口对准。

根据本发明一实施例，所述定位组件包括传感器和/或导向锥，所述传感器用于感应所述加注口的位置以使所述主体移动至该处；所述导向锥在对接时插入所述加注口的导向孔以将所述主体导向至与所述加注口对准位置。

根据本发明一实施例，所述锁紧组件包括：

第一连接杆，设有第一铰接部，所述第一连接杆通过所述第一铰接部铰接于所述主体，所述第一连接杆的第一端设有卡合爪；

第一伸缩缸，铰接于所述主体，所述第一伸缩缸的伸缩杆铰接于所述第一连接杆的第二端；

锁紧时，所述第一伸缩缸的伸缩杆伸长，推动所述第一连接杆使其绕与所述主体的铰接点转动，以使所述卡合爪向所述加注口的卡合部位靠拢以卡合锁紧。

根据本发明一实施例，包括封堵组件，用于密封所述主体第二端的开口。

根据本发明一实施例，所述封堵组件包括：

第二连接杆，设有第二铰接部，所述第二连接杆通过所述第二铰接部铰接于所述主体；

第二伸缩缸，铰接于所述主体，所述第二伸缩缸的伸缩杆铰接于所述第二连接杆的一端；

封堵盖，固连于所述第二连接杆的另一端；

所述第二伸缩缸的伸缩杆伸长，推动所述第二连接杆绕其与所述主体的铰接点转动，以使所述封堵盖向所述主体第二端的开口靠拢以盖合。

根据本发明一实施例，包括支撑臂，所述支撑臂一端固连于所述加注管道，另一端通过转轴转动连接于所述安装座，所述加注管道转动时带动所述支撑臂绕所述转轴转动。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明实施例中设置基座、加注管道、对接组件和旋转组件，通过旋转组件驱动加注管道旋转，以使对接组件移动至加注口以实现对接连通。加注管道既作为加注管路，又作为伸缩机械臂，实现了集成设计，使结构更加简单，加注管道做机械臂承载能力更大，且可实现自动加注对接，操作简便。

(2)本发明实施例中包括移动组件，使得加注管道可沿箭体方向上下移动，以调整对接组件的上下位置，更具适应性，可以适应不同火箭的加注口高度。

(3)本发明实施例中包括平衡气缸，对接组件对接完成后，由平衡伸缩缸支撑安装座，保持平衡伸缩缸内气压不变即可实现箭体下沉或箭体轻微晃动时安装座的柔性上下随动，使整体具有一定“弹性”，不会损坏第一驱动装置、加注管道和对接组件。

(4)本发明实施例中定位组件包括传感器和/或导向锥，使得可以通过传感器进行初步定位，再通过导向锥精确定位，使整个定位过程更加流畅精准。

(5)本发明实施例中锁紧组件包括第一连接杆、第一伸缩缸，通过第一伸缩缸推动使第一连接杆上的卡合爪卡合在加注口的卡合部位，使得锁紧刚度更强，且操作更加简便。

(6)本发明实施例中包括封堵组件，使加注管道不通加注介质时，通过封堵组件密封，防止杂质、灰尘的进入。

(7)本发明实施例中包括支撑臂，使得可以支撑加注管道，提高加注管道的承载能力。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明的一种火箭推进剂加注对接系统整体侧视图；

图2为本发明的一种火箭推进剂加注对接系统局部示意图；

图3为本发明的一种火箭推进剂加注对接系统整体正视图。

附图标记说明：

1：基座；2：加注管道；3：对接组件；4：旋转组件；5：滑轨；6：安装座；7：平衡伸缩缸；8：第一齿轮；9：第二齿轮；10：第二驱动装置；11：主体；12：传感器；13：导向锥；14：第一连接杆；15：第一伸缩缸；16：卡合爪；17：第二连接杆；18：第二伸缩缸；19：封堵盖；20：支撑臂；21：转轴；22：安装部；23：第一铰接部；24：第二铰接部；25：升降电机；26：螺杆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参看图1至3，本发明的核心是提供一种火箭推进剂加注对接系统，包括基座1、至少两个加注管道2、对接组件3和若干旋转组件4，所有加注管道2依次连通，且相邻加注管道2的相邻端口之间旋转密封连接，首端的加注管道2设于基座1且与加注介质输出管路连通，对接组件3设于末端的加注管道2，旋转组件4设于相邻加注管道2之间，用于驱动相邻加注管道2之间相对旋转，以使对接组件3移动至加注口以实现对接连通。

加注管道2既作为加注管路，又作为伸缩机械臂，实现了集成设计，使结构更加简单，加注管道2做机械臂承载能力更大，且可实现自动加注对接，操作简便。

下面对本发明的火箭推进剂加注对接系统作进一步详细说明：

基座1为一安装板，固连安装在安装结构上，安装结构本实施例中为火箭推进剂加注塔侧壁。

加注管道2为管道，加注管道2可以直接由一段完整的管道构成，也可以由若干管道拼接而成，其两端端口的轴线不重合，以实现绕其一端端口轴线的转动使另一端口发生位移。相邻加注管道2的相邻端口之间通过轴承和旋转密封圈实现旋转密封连接。参看图1，本实施例中共设置五个加注管道2，其中首端和末端均直接由一弯管构成，且弯管两端端口的轴线呈90度；中间的三个加注管道2，均由两段90度弯管和一段直管拼接而成，两段弯管分别设在直管的两端，且两段弯管朝外的端口朝向相反。

基座1上设有一移动组件，首端的加注管道2设于移动组件，通过移动组件可使所有加注管道2沿箭体上下移动，以调整对接组件3的上下位置，更具适应性，可以适应不同火箭的加注口高度。

具体的，移动组件包括滑轨5、安装座6和第一驱动装置。滑轨5沿竖向安装在基座1一端面上，且设有两根，安装座6通过四个滑块滑动连接于滑轨5，首端的加注管道2固定连接于安装座6。第一驱动装置驱动安装座6在滑轨5上滑动，以带动加注管道2上下移动。

第一驱动装置包括螺杆26和升降电机25，螺杆26两端通过轴承座转动安装于基座1一端面，且穿设螺纹连接于安装座6；升降电机25安装于基座1上，且其输出轴固连于螺杆26的一端，升降电机25转动带动螺杆26转动，螺杆26转动带动安装座6在滑轨5上沿火箭轴向滑动。

还包括平衡伸缩缸7，可以为气缸、油缸等，本实施例中为气缸，且设有两个，两个平衡伸缩缸7均固连于安装结构上，且两个平衡伸缩缸7的伸缩杆连接于安装座6，对接组件3对接完成后，第一驱动装置对安装座6的驱动断开，也就是升降电机25和螺杆26处于离合状态，由平衡伸缩缸7支撑安装座6，且保持平衡伸缩缸7内的气量不变，当箭体下沉或箭体轻微晃动时，对接组件3、加注管道2和安装座6会在滑轨5上沿竖向上下随动，而设置平衡伸缩缸7使得上下随动具有一定“弹性”，平衡伸缩缸7内气压随上下随动不断改变适应，使得安装座6可以通过平衡伸缩缸7柔性上下随动，实现沉降柔性调整，使不会损坏第一驱动装置、加注管道2和对接组件3。

每处相邻的加注管道2之间均设有一个旋转组件4，本实施例中共设置四个旋转组件4。旋转组件4包括第二驱动装置10、相互啮合的第一齿轮8和第二齿轮9，第二驱动装置10和第二齿轮9分别设于相邻的加注管道2上，且第二齿轮9套设且固连于加注管道2的外壁上，第一齿轮8设于第二驱动装置10的输出轴上，通过第二驱动装置10和第一齿轮8、第二齿轮9，使加注管道2相对其相邻的加注管道2旋转。

本实施例中，第二驱动装置10由旋转电机、离合器和减速器依次连接组成，第一齿轮8套设且固连于减速器的输出轴上。

对接组件3用于与加注口对接，以使末端的加注管道2与加注口连通。具体的，对接组件3包括主体11、定位组件和锁紧组件，主体11中空形成通道，主体11的第一端与末端的加注管道2连通、第二端用于与加注口连通，且主体11的第二端与加注口采用端面密封型式实现对接密封，即平面凹槽加o型密封圈，可大幅降低主体11与加注口的对接作用力。

锁紧组件设于主体11的第二端，用于将主体11与加注口连接锁紧，本实施例中共设有三个沿主体11圆周均布的锁紧组件。定位组件用于在对接时使主体11与加注口对准。

具体的，锁紧组件包括第一连接杆14和第一伸缩缸15，第一连接杆14上设有凸出的第一铰接部23，第一连接杆14通过第一铰接部23铰接于主体11，具体的，主体11上设有对应的两个凸耳，第一铰接部23设于两个凸耳之间，两个凸耳和第一铰接部23穿设有一销轴，通过该销轴实现互相转动。第一连接杆14的第一端设有卡合爪16，第一伸缩缸15的一端也通过相应的凸耳和销轴铰接于主体11外壁上，第一伸缩缸15的伸缩杆铰接于第一连接杆14的第二端，本实施例中第一伸缩缸15为气缸。

锁紧时，第一伸缩缸15的伸缩杆伸长，推动第一连接杆14，此时第一伸缩缸15的伸缩杆在与第一连接杆14的铰接点处发生相对转动，第一连接杆14绕其与主体11的铰接点转动，以使卡合爪16向主体11的轴线靠拢，也就是向加注口的卡合部位靠拢以卡合锁紧。第一伸缩缸15提供气动锁紧力，确保主体11与加注口采用端面密封，可有效减小对接力。

具体的，定位组件包括传感器12和导向锥13，传感器12用于感应加注口的位置以使主体11移动至该处，本实施例中传感器12为激光雷达模块。导向锥13为一锥形杆，设于主体11第二端的端面上，且本实施例中设有两个导向锥13，导向锥13在对接时插入加注口对应的导向孔中，以将主体11导向至与加注口完全对准的位置。通过传感器12进行初步感知定位，再通过导向锥13为辅助导向以精确定位，使整个定位过程更加流畅精准。

进一步的，还包括封堵组件，用于密封主体11第二端的开口。使加注管道2不通加注介质时，通过封堵组件密封，防止杂质、灰尘的进入。

具体的，封堵组件包括第二连接杆17、第二伸缩缸18和封堵盖19。第二连接杆17设有凸出的第二铰接部24，第二连接杆17通过第二铰接部24铰接于主体11，第二铰接部24也通过相应的凸耳和销轴实现与主体11的铰接。第二伸缩缸18一端铰接于主体11外壁，第二伸缩缸18的伸缩杆铰接于第二连接杆17的一端，封堵盖19固连于第二连接杆17的另一端。

第二伸缩缸18的伸缩杆伸长，推动第二连接杆17绕其与主体11的铰接点转动，以使封堵盖19向主体11第二端的开口靠拢以盖合。

进一步的，还包括支撑臂20，支撑臂20一端固连于与首端的加注管道2相邻的加注管道2外壁上，另一端通过转轴21转动连接于安装座6，具体的，安装座6上凸出有一安装部22，转轴21同时穿设且转动连接于安装部22和支撑臂20，且转轴21和首端的加注管道2与其相邻的加注管道2的转动中心轴重合，加注管道2转动时带动支撑臂20绕转轴21转动。支撑臂20使得可以支撑加注管道2，提高加注管道2的承载能力。

下面对本发明工作过程作进一步说明：

对接时：

初始状态下，各个加注管道2均紧贴于火箭推进剂加注塔侧壁上，当准备开始加注推进剂时，控制系统发出自动对接指令后，首先通过开启升降电机25带动加注管道2竖向移动，使对接组件3移动至与火箭加注口同一高度的位置，同时，旋转电机带动各个加注管道2旋转伸展，以使对接组件3水平移动靠近加注口，在加注管道2移动过程中，通过激光雷达模块实时检测加注口的位置，以控制升降电机25和各个旋转电机的工作状态，使对接组件3初步对准加注口，此时通过控制第二伸缩缸18收缩使封堵盖19打开，再控制旋转电机使主体11进一步靠近加注口，直至使主体11的第二端与加注口接触，且此过程中导向锥13插入加注口对应的导向孔中，实现主体11与加注口的精确定位对中。然后控制第一伸缩缸15伸长使卡合爪16向加注口的卡合部位靠拢，直至卡合锁紧。

对接组件3与加注口对接完成后，控制升降电机25和旋转电机停止工作且切换至离合状态，安装座6和加注管道2由平衡伸缩缸7支撑，且依靠平衡伸缩缸7实现整个系统柔性沉降调整。然后火箭地面供气系统供气打开加注阀门，推进剂通过加注介质输出管路进入加注管道2，最后通过加注口进入火箭贮箱内部。

脱离时：

加注完成后，火箭地面供气系统供气关闭加注阀门，控制系统接发出脱落指令，第一伸缩缸15收缩，主体11与加注口松开，同时第二伸缩缸18伸长使封堵盖19盖合密封主体11的第二端开口，加注管道2在旋转电机控制下实现加注口的脱离，再通过升降电机25移动至初始状态，而后各电机关闭。

本发明实现了基于推进剂加注管道2的加注自动对接与脱离，实现了加注管道2和机械臂集成设计，加注管道2作为机械臂本体实现自动加注对接，对接组件3与加注管道2集成，两者作为机械臂的一部分，且采用远程遥控的方式，替代人工完成现场的对接、撤收、脱离等危险作业，操作人员在后方通过人机交互界面对现场进行遥控操作，通过上下位机的控制模式实现自动对接、脱落与随动。还优化了加注管道2与加注口的对接方式。整体解决了机械臂刚度差、末端载荷大、对接锁紧操作复杂、对接作用力大等加注自动对接过程的问题，改变目前运载火箭加泄连接器与火箭加注阀门的对接与脱离采用传统人工操作方式的现状。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。