[发明专利]一种运载器柔性变构型装置

说明书

本发明公开了一种运载器柔性变构型装置，包括机身，其特征在于，还包括：充气头锥、充气滑翔翼和若干充气装置；充气头锥置于机身的头部，充气滑翔翼置于机身靠近尾部的两侧；充气头锥包括刚性防热头锥、支撑气囊和气囊舱；通过气囊舱连接的充气装置对支撑气囊进行充气，对刚性防热头锥沿轴线方向进行支撑，实现充气头锥轴向的展开。本发明结构刚度高，展开精度高，满足高热流密度和大量级气动载荷作用下的防热和承载要求。

技术领域

本发明涉及一种运载器柔性变构型装置，属于运载器结构技术领域。

背景技术

目前，垂直起降运载器是降低运载器成本的重要技术途径之一，国内外对于垂直起降运载器的研究主要集中于类Falcon9火箭的“底部再入”方式，他们提出的基于不同动力的垂直起降火箭方案均采用火箭“底部再入”返回。目前国内外对于“头部再入”返回技术研究较少。采用柔性变构型完成“头部再入”返回相关研究目前在国内外处于空白阶段。本专利中，提出了一种头部再入垂直着陆方式。垂直起降运载器一子级在上升过程中为轴对称外形，在一二级分离后，采用柔性变构型的方式，头锥充气展开，滑翔翼充气展开，一子级变构型为具有一定升阻比的带翼飞行器，以大攻角头部再入方式返回。

柔性变构型如充气式结构等自提出以来，由于结构质量轻、充气装置简单吸引着各国学者的研究。充气式柔性结构可应用于飞机机翼、滑翔飞行器机翼、充气式太空舱、充气式再入减速器等领域本专利根据运载器总体要求，针对再入的气动热防护、柔性结构的折叠及可靠展开、大气动载荷的承载及刚度维持等需求，从结构方案设计、承载能力等方面开展研究。包括柔性材料方案、折叠方案、充气展开方案、柔性结构方案、充气压力设计；开展仿真分析，获得不同飞行工况下柔性结构变形量，为火箭子级回收新路线探索提供技术基础。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种运载器柔性变构型装置，结构刚度高，展开精度高，满足高热流密度和大量级气动载荷作用下的防热和承载要求。

本发明的技术解决方案是：

本发明公开了一种运载器柔性变构型装置，包括机身，还包括：充气头锥、充气滑翔翼和若干充气装置；充气头锥置于机身的头部，充气滑翔翼置于机身靠近尾部的两侧；充气头锥包括刚性防热头锥、支撑气囊和气囊舱；通过气囊舱连接的充气装置对支撑气囊进行充气，对刚性防热头锥沿轴线方向进行支撑，实现充气头锥轴向的展开。

在上述装置中，充气头锥还包括柔性防热蒙皮，柔性防热蒙皮位于充气头锥外侧，采用防热材料。

在上述装置中，所述充气头锥为单腔支撑结构，当充气头锥为充气膨胀状态时，所述单腔支撑结构沿轴向的截面形状为抛物线。

在上述装置中，所述充气装置包括第一充气装置和第二充气装置，第一充气装置位于所述充气头锥内，第二充气装置位于所述滑翔翼内。

根据权利要求4所述的一种运载器柔性变构型装置，其特征在于：所述第一充气装置和第二充气装置均包含充气瓶和与充气瓶相连接的定时充气阀，定时充气阀通过计时方式在固定时间打开阀门控制充气瓶进行充气。

在上述装置中，所述充气滑翔翼，包括刚性耐烧蚀结构、若干个支撑铰链、支撑肋板、柔性隔热结构、固定轴和固定肋板；

其中，支撑铰链包括若干串连的铰链，每个铰链包括链条和旋转轴；

支撑肋板由若干从内侧到外侧逐渐增大的肋板组成，每块肋板的一端与旋转轴连接；肋板的数量与旋转轴的数量相匹配；每块肋板的另一端与固定肋板机械连接。

柔性隔热结构覆盖于支撑肋板的外侧面；

刚性耐烧蚀结构置于充气滑翔翼前缘位置，与充气滑翔翼前缘位置的支撑肋板机械连接。

固定轴位于支撑肋板中最小肋板外侧，支撑肋板绕固定轴进行定轴旋转展开；刚性耐烧蚀结构和支撑肋板绕固定轴旋转收拢，实现充气滑翔翼的整体折叠收拢。