[发明专利]水火箭的压动式降落伞开伞装置

说明书

一种水火箭的压动式降落伞开伞装置，包括连接基座、弹性固定绳、活塞‑弹簧机构；连接基座的侧部沿纵向安装有活塞‑弹簧机构并在该机构下方位置设置有凸台，另一侧部设置有碳纤维锚栓；弹性固定绳的一端固定于锚栓，另一端连接有套环；活塞‑弹簧机构包括软气路接头、由缸筒和活塞构成的气缸‑活塞组件、拉簧、拉簧固定挂杆、拉簧活动挂杆、拉簧活动挂杆限位器、碳纤维插销，固定挂杆固定在缸筒的外壁上部，活动挂杆连接于活塞的工作末端；拉簧挂接在固定挂杆与活动挂杆之间；限位器设置在缸筒的下部；插销的上端固定于活动挂杆，与套环相互适配。本发明装置满足可自主独立工作；可靠性强、动作触发精度高；耐潮湿且抗水压冲击的设计要求。

技术领域

本发明属于动力航空技术领域，具体涉及一种水火箭的压动式降落伞开伞装置。

背景技术

水火箭助推滑翔机是一种常见的组合式动力航空模型。这一模型主要由水火箭、固定翼滑翔机以及两者间的连接-分离装置三部分组件构成，水火箭箭体上一般还需安装降落伞开伞装置。水火箭助推滑翔机常用于中小型固定翼滑翔机模型的飞行试验、航空航天专业工程实践教学等场景，同时也是中国国际飞行器设计挑战赛的主要竞赛项目之一。

水火箭助推滑翔机的工作流程与运载火箭类似：助推上升段中，由水火箭携带滑翔机飞行升空，并在水火箭飞行轨迹的最高点将滑翔机分离；下降段中，水火箭在分离滑翔机后打开降落伞实现软着陆，滑翔机则在飞手或算法的控制下执行飞行任务，例如滑翔机飞行测试、定点定时着陆任务等。

从上述飞行流程可知，水火箭的降落伞开伞装置决定了水火箭能否安全稳定软着陆，是关系飞行安全问题的核心装置。降落伞开伞装置需要在水火箭助推飞行阶段稳定携带降落伞，并在水火箭的飞行轨迹最高点附近释放降落伞以实现水火箭软着陆。因此，水火箭的降落伞开伞装置需具备①可自主独立工作，②可靠性强、动作触发精度高，③耐潮湿且抗水压冲击的特点，详细说明如下：

①可自主独立工作

降落伞开伞装置需在没有飞手或遥控人员干预的前提下独立自主地在水火箭飞行轨迹的最高点附近释放降落伞。

②可靠性强、动作触发精度高

降落伞开伞装置需具备高可靠性以及良好的动作触发时间精度。一般来说，在水火箭助推滑翔机的整个飞行过程中，助推上升段时长仅3～5秒，若顺利展开降落伞，下降段中水火箭降落时长约在8～20秒，水火箭在飞行轨迹最高点附近停留的时间短。这要求降落伞开伞装置具备高可靠性以及良好的动作触发时间精度，将平均时间误差控制在1秒以内，最大时间误差控制在2秒以内。

③耐潮湿、抗水压冲击

水火箭是一种以箭内气压推动水高速定向喷射、产生反推力以飞行的航空模型。这一航空模型以水为主要工质，因此与水火箭相关的各部组件必须在潮湿乃至有水压冲击的环境中长期正常工作。故耐潮湿、抗水压冲击将会是降落伞开伞装置的必备性能。

现有技术中，水火箭的降落伞开伞装置的设计与制造主要包括以下两种方案：

第一种方案基于扭簧定时器实现降落伞的固定携带与释放。扭簧定时器的连杆在计时状态与弹力绳相连，通过弹力绳固定住降落伞；计时结束时连杆释放弹力绳，从而释放降落伞。这种方案中的水火箭的降落伞开伞装置的缺点在于：定时器连杆与弹力绳的连接不稳定，难以同时实现上升过程的稳定携带与最高点附近的准确释放；扭簧本身存在空转行程差，每次飞行前需要依靠操纵员经验手动进行定时器设置，动作触发精度低、可重复性差；通过实际飞行测量，这类装置执行降落伞分离动作的平均时间误差约为1秒，最大时间误差可达5秒。

第二种方案基于电子传感器与执行器实现降落伞的携带与释放。这种方案中的水火箭的降落伞开伞装置的缺点在于：装置系统需包括传感器、执行器、控制板、电源等，系统笨重复杂；COTS器件一般无特殊防水处理，需要机、电、防水一体化设计，系统复杂、成本高。