一种用于整流罩回收的低冲击开伞装置

技术领域

本涉及一种用于运载火箭整流罩开伞的装置，属于航天器回收系统领域。

背景技术

近年来包括整流罩，助推器，子级类的运载分离物回收成为国内外研究热点，整流罩回收的难度在于：整流罩为薄壳体结构，本身强度低，外形不规则，再入过程为无控飞行，开伞时刻仍会存在角速度；需要降落伞能够快速在整流罩影响区域之外开伞，同时需要快速展开15㎡以上降落伞，才能够对罩体角速度起到有效制动作用，否则容易与之发生缠绕。这即要求使用面积较大的降落伞，又要求较高的降落伞拉出速度。

回收系统经常使用火工装置作为开伞的执行机构，一般通过火工弹射器将降落伞快速弹出，如使用传统的弹射器直接弹射这一规模的降落伞，会产生很大的后坐力，对整流罩造成破坏；如弹射一个小型引导伞拉出大伞，则造成开伞速度减缓，增加了与整流罩缠绕的风险。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有弹射器弹出伞包技术的不足，提供一种用于火箭整流罩回收的开伞装置，能够实现较大规模的降落伞快速可靠拉出，这一规模的降落伞产生的气动力能够使整流罩姿态快速稳定，同时开伞装置不会对整流罩结构强度产生威胁，有效提高回收成功率。

本发明解决技术的方案是：一种用于火箭整流罩回收的开伞装置，该装置包括降落伞、射伞火箭、伞舱结构、连接带、可分离电连接器、点火电缆、连接绳索，伞舱结构；

开伞装置工作前，射伞火箭和降落伞约束在伞舱结构内部，射伞火箭通过连接带与降落伞伞包连接，降落伞伞衣约束在伞包内，与伞包无固定连接，降落伞伞带一端与伞衣连接，另一端伸出伞舱并与整流罩基座固定连接；射伞火箭一端连接舱盖，另一端有销轴和电点火器，其中销轴通过连接带与伞包连接，电点火器与点火电缆一端连接，点火电缆的另一端连接至可分离电连接器插头，可分离电连接器插座固定安装在伞舱结构上，伞舱结构固定在整流罩基座上；同时射伞火箭还通过连接绳索与可分离电连接器的分离插头端固定连接；

开伞装置工作时，点火电缆为射伞火箭的点火器供电，射伞火箭点火产生推力，使剪切销剪断，从而冲破伞舱结构的约束，飞出伞舱，当连接带拉直时，射伞火箭带动降落伞伞包一起飞出伞舱，并逐步拉出降落伞伞绳、伞衣，降落伞开伞，随后由降落伞通过整流罩上的吊带连接点带动整流罩飞行。

优选地，上述用于火箭整流罩回收的开伞装置还包括转接电缆一端与外部供电装置连接，另一端通过伞舱结构侧壁开孔引到伞舱结构内部，与可分离电连接器插头连接，与点火电缆对接。

优选地，所述伞舱结构包括舱盖、内筒、外筒、导向筒及底板；

内筒、外筒、导向筒为两端开口的圆柱筒状，外筒一端与底板共同固定在整流罩的基座上，另一端覆盖舱盖，内筒位于外筒内部，一端固定在底板上，另一端悬空，降落伞在内筒和外筒之间，导向筒位于内筒内部，一端固定在底板上，另一端悬空，射伞火箭顶部固定连接舱盖，上部通过N个剪切销固定在内筒上，实现射伞火箭的轴向约束，射伞火箭下部伸入到导向筒内部与导向筒间隙配合但无连接，导向筒用于辅助剪切销实现射伞火箭的径向约束；射伞火箭通过内筒上的剪切销和导向筒共同约束和固定，降落伞通过内筒，外筒和舱盖共同约束，N大于等于1。

优选地，所述射伞火箭与内筒和外筒同心安装。

优选地，所述射伞火箭的最大推力小于5kN，使降落伞与整流罩分离的载荷不超过5kN。

优选地，所述外筒和舱盖外表面覆盖隔热材料，用于防止再入热流对舱盖及射伞火箭加热。

优选地，舱盖和降落伞之间设置一层隔热材料防止射伞火箭的尾流喷射造成降落伞损伤。

上述用于火箭整流罩回收的开伞装置还包括插座安装板，所述可分离连接器通过位于导向筒内侧的插座安装板固定。

所述N个剪切销共同提供的约束力能可靠承载整流罩发射和再入的力学环境，并小于火箭工作时的初始的推力峰值，使得火箭发火后可以可靠剪断剪切销，飞出内筒。

所述射伞火箭与连接带通过销钉连接。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明所述开伞装置把降落伞和射伞火箭及伞舱结构集成化设计成一个装置，开伞载荷远低于传统弹射器对整流罩的冲击载荷，工作后能快速展开较大的第一级降落伞，实现整流罩姿态稳定，有效提高回收成功率；

(2)、本发明导向筒辅助剪切销约束射伞火箭，可以使剪切销的承载状态达到最优，提高了整个装置对起飞过程力学环境的承受能力，并能使射伞火箭相对于整流罩运动状态更加稳定；

(3)、本发明射伞火箭与降落伞同心安装，即有利于射伞火箭拉动降落伞过程的姿态稳定性，又有利于防止再入过程气动热对射伞火箭的威胁；

(4)、本发明装置可以在与整流罩对接前组装成一个组件，与整流罩接口简单，对安装配套要求低，有利于整个火箭总装流程的优化。

附图说明

图1为本发明实施例一种用于火箭整流罩回收的开伞装置剖视图；

图中各个部件标号如下：

1为外隔热层、2为舱盖、3为剪切销、4为内隔热层、5为降落伞伞包、6 为射伞火箭、7为外筒、8为内筒、9为导向筒、10为点火电缆、11为连接带、12为连接绳索、13为插座安装板、14为转接电缆、15为底板；

图2为本发明实施例用于火箭整流罩回收的开伞装置去除序部件1～5之后的俯视图；

图3为本发明实施例一种用于火箭整流罩回收的开伞装置展开后状态。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明提供的一种用于火箭整流罩回收的开伞装置，该装置由降落伞、射伞火箭、伞舱结构、连接带、可分离电连接器、点火电缆、连接绳索，伞舱结构等零部件组成。

开伞装置工作前，射伞火箭和降落伞约束在伞舱结构内部，射伞火箭通过连接带与降落伞伞包连接，降落伞伞衣约束在伞包内，与伞包无固定连接，降落伞伞带一端与伞衣连接，另一端伸出伞舱并与整流罩基座固定连接；射伞火箭一端连接舱盖，另一端有销轴和电点火器，其中销轴通过连接带与伞包连接，电点火器与点火电缆一端连接，点火电缆的另一端连接至可分离电连接器插头，可分离电连接器插座固定安装在伞舱结构上，伞舱结构固定在整流罩基座上；同时射伞火箭还通过连接绳索与可分离电连接器的分离插头端固定连接。

开伞装置工作时，点火电缆为射伞火箭的点火器供电，射伞火箭点火产生推力，使剪切销剪断，从而冲破伞舱结构的约束，飞出伞舱，当连接带拉直时，射伞火箭带动降落伞伞包一起飞出伞舱，并逐步拉出降落伞伞绳、伞衣，降落伞开伞，随后由降落伞通过整流罩上的吊带连接点带动整流罩飞行。

优选地，上述用于火箭整流罩回收的开伞装置，还包括转接电缆一端与外部供电装置连接，另一端通过伞舱结构侧壁开孔引到伞舱结构内部，与可分离电连接器插头连接，与点火电缆对接。

本发明把降落伞和射伞火箭及伞舱结构集成化设计成一个装置，开伞载荷远低于传统弹射器对整流罩的冲击载荷，工作后能快速展开较大的第一级降落伞，实现整流罩姿态稳定，有效提高回收成功率。

如图2所示，所述伞舱结构包括舱盖、内筒、外筒、导向筒及底板；其中外筒、内筒、导向筒是同心圆柱形金属结构件，外筒的直径＞内筒直径＞导向筒直径。

内筒、外筒、导向筒为两端开口的圆柱筒状，外筒一端与底板共同固定在整流罩的基座上，另一端覆盖舱盖，内筒位于外筒内部，一端固定在底板上，另一端悬空，外筒和内筒之间的空间用于容纳降落伞，降落伞在内筒和外筒之间，导向筒位于内筒内部，一端固定在底板上，另一端悬空，射伞火箭顶部固定连接舱盖，上部通过N个剪切销固定在内筒上，通过剪切销固定在内筒上，实现射伞火箭的轴向约束。射伞火箭下部伸入到导向筒内部与导向筒间隙配合但无连接，导向筒用于辅助剪切销实现射伞火箭的径向约束，用于限制射伞火箭沿径向的自由度；射伞火箭通过内筒上的剪切销和导向筒共同约束和固定，降落伞通过内筒，外筒和舱盖共同约束，N大于等于1。

优选地，所述射伞火箭与内筒和外筒同心安装。

优选地，所述射伞火箭的最大推力小于5kN，使降落伞与整流罩分离的载荷不超过5kN。

优选地，所述外筒和舱盖外表面覆盖柔性隔热材料，为外隔热层，用于防止再入热流对舱盖及射伞火箭加热。优选地，舱盖和降落伞之间设置一层柔性隔热材料，为内隔热层，防止射伞火箭的尾流喷射造成降落伞损伤。

优选地，上述用于火箭整流罩回收的开伞装置，还包括插座安装板，所述可分离连接器通过位于导向筒内侧的插座安装板固定。

整流罩起飞，再入过程存在复杂力学和温度环境，需要装置能够可靠安装，在接收到工作指令后火箭能够快速飞离整流罩并拉出降落伞。因此，作为优选方案，所述N个剪切销共同提供的约束力能可靠承载整流罩发射和再入的力学环境，并小于火箭工作时依靠初始的推力峰值，使得火箭发火后可以可靠剪断剪切销，飞出内筒。

优选地，所述射伞火箭与连接带通过销钉连接。

相对于传统的火工弹射器弹伞相对于射伞火箭最大不同在于：弹射类火工装置的药剂燃烧快，能够产生瞬时大推力使伞包获得一个初速度，推力的反作用力则作用在回收物上，而射伞火箭使用的药剂燃烧慢，推力持续时间长，并且直接作用在伞包上，使伞包相对于回收物从零速加速远离。

实施例：

本发明某一具体实施例提供了一种用于火箭整流罩回收的开伞装置，该装置包括外隔热层1，舱盖2，剪切销3，内隔热层4,降落伞伞包5,射伞火箭6, 外筒7,内筒8,导向筒9，点火电缆10，连接带11，连接绳索12，插座安装板 13,转接电缆14，底板15。

装置通过底板15和外筒7的螺钉孔与整流罩罩体连接，内筒8在外筒9 内侧，导向筒9在内筒8内侧，均通过螺钉与底板15连接；降落伞伞包5安装在内筒8和外筒7之间，通过连接带11与射伞火箭6底部的销钉连接，射伞火箭6在内筒8内侧，上部与舱盖2固连后通过剪切销3与内筒8固定，下部通过导向筒9实现径向约束；外筒7、内筒8和导向筒9都通过螺钉固定在底板15上；射伞火箭6通过点火电缆10和转接电缆14进行点火，点火电缆 10和转接电缆14之间为可分离电连接器。

图1为本发明在整流罩上固定的状态。其中外隔热层1通过捆绑方式固定在舱盖2的上表面，舱盖2通过剪切销与内筒6固定，射伞火箭6一端与舱盖 2通过螺钉固连接，另一端通过导向筒9实现径向约束，轴向无约束；点火电缆10一端与射伞火箭6的点火器连接，一端为分离插头，与转接电缆14的分离插座对接；分离插头通过连接绳索12与射伞火箭6底部的销钉连接，分离插座固定在导向筒7内侧的插座安装板10上；降落伞伞包5为环形结构，放置在内筒8和外筒7之间，通过连接带11与射伞火箭4底部的销钉连接，降落伞伞包3上部与舱盖之间放置内隔热层4；内筒8和导向筒9都固定在底板 15上，底板15和外筒7共同通过螺钉孔与整流罩罩体连接。

图2为用于火箭整流罩回收的开伞装置去除序部件1～5之后的俯视图；从图2可以看出，射伞火箭和降落伞采用同心布局方式。

图3为本发明射伞火箭6工作后将连接带11拉直并开始拉动降落伞伞包5 的状态，此时舱盖2与内筒8连接的剪切销被剪断，火箭运动过程中，用于拉脱分离插头的连接绳索12先于点火电缆10被拉直，可以保证点火电缆的分离插头和转接电缆14的分离插座被射伞火箭6可靠拉脱；随着射伞火箭6继续运动，内隔热层4受惯性作用套在降落伞伞包3的拖带上。

射伞火箭6内部火药点火，喷口在靠近舱盖的一端，共4个，点火后，其推进力使剪切销剪断，并使可分离电连接器分离，从而解除所有约束，飞离罩体；拉直连接带11后即带降落伞伞包5飞离罩体，并逐步拉出伞绳伞衣，完成开伞。整个工作过程，只有在解除剪切销时对整流罩产生一个与其推进力相当的载荷，对整流罩不会造成机械损伤。所述射伞火箭有两处约束，一处是4个剪切销，另一处是电缆；剪切销的约束通过推力剪断解除，电缆的约束通过可分离电连接器解除。

本实施例中，所述柔性隔热材料为芳纶绸包裹的氧化铝纤维，厚度15mm。

本实施例单个剪切销的承载剪切力不低于750N，4个同时使用可以用于某运载火箭整流罩的15㎡(重量达到6kg)的降落伞，能够使降落伞在1s内实现开伞，对整流罩产生的载荷不超过5kN，而使用弹射器作为动力源若达到相同开伞速度，对整流罩后座力达50kN，相比之下对整流罩产生的载荷降低约 90％；因此能够用于回收承载能力较弱的整流罩，在有效控制开伞冲击载荷的同时，能够实现较大的降落伞快速开伞，在应对整流罩回收时刻姿态不稳定的问题有着突出优势。

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。