一種多氣室排氣式回收氣囊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型低壓多氣室排氣式回收氣囊，其外部為長(zhǎng)方形氣囊體，內(nèi)部通過氣室隔墻平均分為單獨(dú)的氣室，相鄰氣室通過氣室通孔連通，每個(gè)氣室外部的氣囊體上有排氣孔，所述排氣孔通過排氣膜片封閉，排氣膜片由金屬框和蓋板通過螺釘固定。本發(fā)明設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、緩沖過載易于調(diào)節(jié)，能夠充分實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖過載定量控制并避免發(fā)生二次反彈。本發(fā)明所述的回收氣囊用于大型薄殼航天器結(jié)構(gòu)的安全回收。
【專利說明】
-種多氣室排氣式回收氣囊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于航天地面試驗(yàn)回收技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種大型低壓多氣室排氣式回 收氣囊。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型運(yùn)載火箭在祀場(chǎng)發(fā)射前，必須進(jìn)行相應(yīng)的地面驗(yàn)證試驗(yàn)，隨著我國(guó)航天事業(yè) 的飛速發(fā)展，對(duì)運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力要求越來(lái)越高，火箭的整體尺寸也越來(lái)越大，為了降低 其本身重量，提高火箭有效載荷運(yùn)載能力，火箭的結(jié)構(gòu)要求越來(lái)越薄。因此，在地面進(jìn)行大 型分離試驗(yàn)中，極易可能導(dǎo)致產(chǎn)品的損傷、破壞。
[0003] 對(duì)于過去較大形結(jié)構(gòu)的地面分離回收，國(guó)內(nèi)通常采用鋪設(shè)海綿類泡沫材料、沙子 等方法，得出了一些回收經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。但該方法即存在緩沖過載不易調(diào)節(jié)的困難，又存在回收 體發(fā)生反彈造成二次沖擊的危險(xiǎn)，且在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)需要配備大量厚度的緩沖材料，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 上世紀(jì)90年代美國(guó)、俄羅斯等航天大國(guó)開始采用氣囊緩沖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的軟著陸。例 如，1997年的"火星探路者號(hào)"和2004年"勇氣號(hào)"、"機(jī)遇號(hào)"火星探測(cè)器均采用了氣囊緩 沖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟著陸。隨著我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，地面分離試驗(yàn)回收產(chǎn)品的尺寸越來(lái)越大，重 量越來(lái)越重，結(jié)構(gòu)剛度越來(lái)越低，而分離速度則越來(lái)越大，因此，設(shè)計(jì)采用全新的高強(qiáng)度氣 囊緩沖回收方案成為一個(gè)全新研究領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 大型低壓多氣室排氣式緩沖回收氣囊其主要技術(shù)原理是在緩沖過程中，利用氣囊 體材料的彈塑性變形、氣囊體內(nèi)部氣體的壓縮、氣囊體內(nèi)氣體排出、材料的阻尼等來(lái)吸收碰 撞時(shí)產(chǎn)生的能量，W實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)物的緩沖回收。通過控制初始?xì)饽殷w體積、初始充氣壓力、 初始排氣壓力、排氣口面積及氣囊體材料等參數(shù)W達(dá)到所需整體緩沖效果，使結(jié)構(gòu)最后剩 余尾速度小于Im/s，最后由下面的薄層海綿緩沖剩余速度，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)的安全回收。
[0005] 本發(fā)明提供的一種大型低壓多氣室排氣式回收氣囊，其外部為長(zhǎng)方形氣囊體，內(nèi) 部通過氣室隔墻平均分為單獨(dú)的氣室，相鄰氣室通過氣室通孔連通，每個(gè)氣室外部的氣囊 體上有排氣孔，所述排氣孔通過排氣膜片封閉，排氣膜片由金屬框和蓋板通過螺釘固定。排 氣孔用于控制氣囊的排氣過程，限制緩沖過載，并保持緩沖過程的穩(wěn)定性。氣囊緩沖時(shí)，排 氣口開始是封閉的，運(yùn)樣氣囊體被壓縮，氣囊內(nèi)的壓力升高。當(dāng)壓力升到氣囊的排氣壓力 時(shí)，排氣口瞬間打開，氣囊開始向外排氣。運(yùn)樣既消減了緩沖過載，又抑制了反彈，直到回收 產(chǎn)品完全靜止下來(lái)。
[0006] 所述氣囊體外部還有充氣孔、壓力傳感器放置口，充氣孔為氣囊體快速充氣，通過 該壓力傳感器放置口將壓力傳感器放入氣囊體內(nèi)部，測(cè)量緩沖過程中氣囊內(nèi)部的壓力變化 過程。
[0007] 所述氣室為8個(gè)，每個(gè)氣室的寬是氣囊體寬的一半，長(zhǎng)是氣囊體長(zhǎng)的1/4。
[0008] 所述氣囊體為密封不漏氣化工凱夫拉材料。
[0009] 所述氣囊體下方鋪設(shè)海綿，W緩沖回收產(chǎn)品的剩余速度。
[0010] 所述排氣膜片是塑料薄膜。
[0011] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、緩沖過載易于調(diào)節(jié)，能夠充分實(shí)現(xiàn)對(duì)緩 沖過載定量控制并避免發(fā)生二次反彈。本發(fā)明所述的回收氣囊首次用于大型薄殼航天器結(jié) 構(gòu)的安全回收。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的多氣室排氣式回收氣囊的正視圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明的多氣室排氣式回收氣囊的側(cè)視圖；
[0015] 圖3本發(fā)明的多氣室排氣式回收氣囊的俯視圖；
[0016] 其中，1-排氣孔2-氣室隔墻3-氣室通孔5-充氣孔6-排氣膜片7-壓力傳感器放 置口
[0017] 圖4是本發(fā)明中排氣孔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[001引圖5是實(shí)施例中氣囊壓力時(shí)間歷程曲線圖；
[0019] 圖6是實(shí)施例中氣囊緩沖過載對(duì)比曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。顯然，所 描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例， 本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明要 求保護(hù)的范圍。
[0021] W回收整流罩為例，回收技術(shù)條件如下：
[0022] ?模型質(zhì)量 1300kg; ?模型直徑 5.2m; ?著陸緩沖速度 8.3m/s; ?平均緩沖過載 《4g; ?峰值緩沖過載 《7g; ?最終著陸速度 《Im/s; ?有效緩沖行程 《1.6m;
[0023] 通過計(jì)算選擇充氣壓力、初始排氣壓力、排氣口面積、氣室分布、氣囊體材料強(qiáng)度 等參數(shù)對(duì)整流罩回收過載精確控制。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明回收氣囊外部為長(zhǎng)方形氣囊體，內(nèi)部通過氣室隔墻平均分為 單獨(dú)的8個(gè)氣室，相鄰氣室通過氣室通孔連通，每個(gè)氣室外部的氣囊體上有排氣孔，所述排 氣孔通過排氣膜片封閉，排氣膜片為塑料薄膜，由金屬框和蓋板通過螺釘固定。氣囊體外部 還有充氣孔、壓力傳感器放置口，通過該壓力傳感器放置口將壓力傳感器放入氣囊體內(nèi)部。
[0025] 氣囊體選擇4500N/5cm密封不漏氣化工凱夫拉材料，并選擇高強(qiáng)度縫合線在連接 處縫制，達(dá)到整體5000N/5cm的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
[00%] 通過預(yù)試驗(yàn)確定初始排氣口的動(dòng)態(tài)失效強(qiáng)度，試驗(yàn)中選定初始排氣壓力為0. 002 大氣壓。
[0027] 如圖4所示，排氣孔內(nèi)徑〇420mm，每個(gè)氣室一個(gè)，沿著氣囊軸向半高位置設(shè)置，初 始排氣壓力設(shè)計(jì)為0. 002大氣壓。每個(gè)排氣孔通過32個(gè)螺釘及塑料膜片、橡皮繩、厚度為 1mm圓形蓋板進(jìn)行封閉。
[0028] 在氣囊下方鋪設(shè)厚度為300mm的海綿作為二級(jí)緩沖。
[0029] 將封閉好的折疊氣囊按正確方位水平放置在海綿上。
[0030] 通過充氣口對(duì)折疊氣囊進(jìn)行補(bǔ)氣，通過壓力傳感器精確控制初始充氣壓力。
[0031] 通過回收產(chǎn)品重量加工生產(chǎn)模擬配重，并根據(jù)回收條件設(shè)計(jì)自由配重自由落體距 離氣囊上表面高度，保證配重接觸氣囊上表面時(shí)速度等于8. 3m/s，即保證兩則回收動(dòng)能一 致。
[0032] 通過在模擬配重上安裝過載傳感器測(cè)量整個(gè)緩沖過載中配重所受的過載時(shí)間歷 程，根據(jù)過載時(shí)間歷程計(jì)算得到配重落地剩余速度。
[0033] 實(shí)施結(jié)果如圖6所示，所產(chǎn)生的過載峰值為4. 5g，脈寬約250ms，能夠?qū)崿F(xiàn)整流罩 的安全回收。
[0034] 對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對(duì)運(yùn)些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專利技術(shù)人員來(lái)說是顯而易見的，本文中所定義的一 般原理可W在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限 制于本文所示的運(yùn)些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬范 圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大型低壓多氣室排氣式回收氣囊，其外部為長(zhǎng)方形氣囊體，內(nèi)部通過氣室隔墻 平均分為單獨(dú)的氣室，相鄰氣室通過氣室通孔連通，每個(gè)氣室外部的氣囊體上有排氣孔，其 特征在于，所述排氣孔通過排氣膜片封閉，排氣膜片由金屬框和蓋板通過螺釘固定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型低壓多氣室排氣式回收氣囊，其特征在于，所述氣 囊體外部還有充氣孔、壓力傳感器放置口，通過該壓力傳感器放置口將壓力傳感器放入氣 囊體內(nèi)部。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型低壓多氣室排氣式回收氣囊，其特征在于，所述氣 室為8個(gè)，每個(gè)氣室的寬是氣囊體寬的一半，長(zhǎng)是氣囊體長(zhǎng)的1/4。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大型低壓多氣室排氣式回收氣囊，其特征在于，所述 氣囊體為密封不漏氣化工凱夫拉材料。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大型低壓多氣室排氣式回收氣囊，其特征在于，所述 氣囊體下方鋪設(shè)海綿。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大型低壓多氣室排氣式回收氣囊，其特征在于，所述 排氣膜片是塑料薄膜。
【文檔編號(hào)】B64G5/00GK105984596SQ201510661047
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年10月14日
【發(fā)明人】劉陸廣, 蔡劭佳, 趙卓茂, 于楊, 馮偉干, 張建華, 姚保江
【申請(qǐng)人】北京強(qiáng)度環(huán)境研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院