CN114593643B - 一种双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构，包括：安装基座、左侧轴系、拔销器组件、连杆、锁舵轴系和右侧轴系；其中，所述左侧轴系的一端、所述拔销器组件的一端、所述锁舵轴系的一端和所述右侧轴系的一端均设置在所述安装基座上；所述左侧轴系的另一端与所述连杆的一端相连接，所述连杆的另一端穿过锁舵轴系的另一端与所述右侧轴系的另一端相连接；所述拔销器组件的另一端与所述左侧轴系相连接。本发明飞行时可以锁定舵且降低冲击响应，并可以在飞行和地面需要解锁时，分别通过作动和手动达到解锁目的。
Description
技术领域
本发明属于运载火箭分离机构技术领域，尤其涉及一种双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构。
背景技术
运载火箭通常使用舵、翼类结构增强飞行稳定性，通常位于子级尾部。随着运载火箭技术不断发展，提出了诸如可回收、落区控制、高空发射等功能需求，从而对承担姿态控制的舵类机构结构提出了更多实际要求，例如折叠、展开、挂飞锁定等。
传统上对于舵的锁定和角度控制使用伺服机构，但由于运载火箭飞行剖面逐步复杂，对伺服锁定和操作力矩范围要求更大，而且舵、传动***、伺服形成扭转振动***也可能面临气动脉动压力造成的共振等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构，飞行时可以锁定舵且降低冲击响应，并可以在飞行和地面需要解锁时，分别通过作动和手动达到解锁目的。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构，包括：安装基座、左侧轴系、拔销器组件、连杆、锁舵轴系和右侧轴系；其中，所述左侧轴系的一端、所述拔销器组件的一端、所述锁舵轴系的一端和所述右侧轴系的一端均设置在所述安装基座上；所述左侧轴系的另一端与所述连杆的一端相连接，所述连杆的另一端穿过锁舵轴系的另一端与所述右侧轴系的另一端相连接；所述拔销器组件的另一端与所述左侧轴系相连接。
上述双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构中，所述左侧轴系包括垫片、左转接件、自锁螺母、销和开口销。
上述双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构中，所述拔销器组件通过垫片和螺钉安装在安装基座上。
上述双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构中，所述拔销器组件的输出端依次穿过垫片和左转接件开设的通孔与所述自锁螺母相连接。
上述双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构中，所述连杆的一端通过销和开口销与左转接件相连接。
上述双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构中，所述锁舵轴系包括锁舵销、自润滑关节轴承和弹性挡圈；其中，所述锁舵销的一端与安装基座相连接；所述自润滑关节轴承嵌设于锁舵销的头部的润滑孔内；所述弹性挡圈设置于锁舵销的头部的润滑孔，用于阻挡住所述自润滑关节轴承；所述连杆的另一端穿过弹性挡圈和自润滑关节轴承。
上述双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构中，所述右侧轴系包括第二开口销、第二销、右转接件、第二垫片、第二螺钉、轴套、前法兰件、后法兰件、六角头螺栓和自锁螺母；其中，所述连杆的另一端通过开口销和销和右转接件相连接；所述第二螺钉的一端与所述轴套的中部相连接，所述第二螺钉的另一端穿过第二垫片与右转接件相连接；所述前法兰件通过六角头螺栓和自锁螺母与后法兰件相连接；右转接件、第二垫片、第二螺钉和轴套作为整体设置于所述前法兰件和所述后法兰件组成的空间内。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明在满足舱段结构安装的几何外形尺寸和接口要求的基础上，用较小的质量代价提供了空气舵挂飞锁定功能，降低了伺服设计难度，同时起到抑制振动，保护舵、传动组件和伺服小回路的作用。
(2)本发明面向空气舵使用，实现了飞行一次性解锁和地面维修可重复解锁功能。此机构解锁行程可设计，两侧行程比例可调整，安装位置可协调，使用灵活度高。
(3)本发明相较于以往锁定结构，在空中新增了抖振抑制功能，在地面增加了手动解锁功能，提高了机构重复使用度，并可检测锁定状态，其承载能力也有较大裕度。双铰杆机构主体安装在壳体内部，受外界环境影响小，运动包络范围小，布局方便。
(4)本发明的机构各处设计时都考虑了防松润滑措施，锁舵锥孔配合程度也可调整，环境适应性好。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的锁定状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的锁定状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的侧视图；
图3是本发明实施例提供的舵锁定状态示意图；
图4是本发明实施例提供的解锁状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的解锁状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的侧视图；
图6是本发明实施例提供的地面人工解锁状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的地面人工解锁状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的侧视图；
图8是本发明实施例提供的舵解锁状态示意图；
图9是本发明实施例提供的左侧轴系及拔销器组件安装示意图；
图10是本发明实施例提供的锁舵销轴系安装示意图；
图11是本发明实施例提供的右侧轴系的***示意图；
图12是本发明实施例提供的右侧轴系安装示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了降低伺服设计难度和规避***共振问题，本发明使用机构固定及轴孔配合增加固定支点，承担空气舵挂飞时的锁定功能，同时与舵传动***形成双支点起到降低振动响应的作用。在空中解锁时使用拔销器作为动力源，利用双铰-杆机构单侧运动实现舵的解锁。为了增强地面维修性，双铰-杆机构在设计上实现了另一侧手动解锁功能，实现解锁机构可重复使用。
本发明的要点是在满足运载火箭子级尾段结构安装的几何外形尺寸和接口要求的基础上，设计一套能够实现舵锁定和解锁装置，它在飞行时可以锁定舵且降低冲击响应，并可以在飞行和地面需要解锁时，分别通过作动和手动达到解锁目的。
图1是本发明实施例提供的锁定状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的结构示意图；图2是本发明实施例提供的锁定状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的侧视图；图3是本发明实施例提供的舵锁定状态示意图；图4是本发明实施例提供的解锁状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的结构示意图；图5是本发明实施例提供的解锁状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的侧视图；图6是本发明实施例提供的地面人工解锁状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的结构示意图；图7是本发明实施例提供的地面人工解锁状态时双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构的侧视图；图8是本发明实施例提供的舵解锁状态示意图。
如图1至图8所示，该双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构，其特征在于包括：安装基座1、左侧轴系2、拔销器组件3、连杆4、锁舵轴系5和右侧轴系6；其中，
所述左侧轴系2的一端、所述拔销器组件3的一端、所述锁舵轴系5的一端和所述右侧轴系6的一端均设置在所述安装基座1上；所述左侧轴系2的另一端与所述连杆4的一端相连接，所述连杆4的另一端穿过锁舵轴系5的另一端与所述右侧轴系6的另一端相连接；所述拔销器组件3的另一端与所述左侧轴系2相连接。
图9是本发明实施例提供的左侧轴系及拔销器组件安装示意图。如图9所示，该左侧轴系2包括垫片2-1、左转接件2-2、自锁螺母2-3、销2-4和开口销2-5。
拔销器组件3通过垫片3-1和螺钉3-2安装在安装基座1上。拔销器组件3的输出端依次穿过垫片2-1和左转接件2-2开设的通孔与所述自锁螺母2-3相连接。连杆4的一端通过销2-4和开口销2-5与左转接件2-2相连接。
如图10所示，该锁舵轴系5包括锁舵销5-1、自润滑关节轴承5-2和弹性挡圈5-3；其中，
所述锁舵销5-1的一端与安装基座1相连接；所述自润滑关节轴承5-2嵌设于锁舵销5-1的头部的润滑孔内；所述弹性挡圈5-3设置于锁舵销5-1的头部的润滑孔，用于阻挡住所述自润滑关节轴承5-2；所述连杆4的另一端穿过弹性挡圈5-3和自润滑关节轴承5-2。
如图11和图12所示，右侧轴系6包括第二开口销6-1、第二销6-2、右转接件6-3、第二垫片6-4、第二螺钉6-5、轴套6-6、前法兰件6-7、后法兰件6-8、六角头螺栓6-9和自锁螺母6-10；其中，
所述连杆4的另一端通过开口销6-1和销6-2和右转接件6-3相连接；所述第二螺钉6-5的一端与所述轴套6-6的中部相连接，所述第二螺钉6-5的另一端穿过第二垫片6-4与右转接件6-3相连接；所述前法兰件6-7通过六角头螺栓6-9和自锁螺母6-10与后法兰件6-8相连接；右转接件6-3、第二垫片6-4、第二螺钉6-5和轴套6-6作为整体设置于所述前法兰件6-7和所述后法兰件6-8组成的空间内。
锁舵轴系解锁位移可依据相似三角形原理计算得出。解锁位移如下：
其中，a为左侧轴系到中间锁舵轴系距离，b为右侧轴系到中间锁舵轴系距离，H1和H2分别为左、右侧轴系两侧平动行程，h1和h2为左侧轴系和右侧轴系平动时的中间锁舵轴系解锁行程。
上述公式表明解锁行程与轴系间距比例以及两侧轴系平动行程相关，这就为机构设计提供了较大的调整空间。若一侧轴系行程受限于空间数值较小时，可调整间距比例尽量满足解锁行程要求。
另外需要注意锁舵轴系球铰转动角度约束，两侧解锁时中间球铰转角公式如下：
则
max(θ1,θ2)＜[θ]
其中，θ1为左侧轴系解锁时杆的转角，θ2为右侧轴系解锁时杆的转角，[θ]为球铰单侧最大转动角度。从公式可得杆越长转角越小，裕度更大。球铰转动角度范围的约束可得出最小杆长。
如图1、图2和图3所示，一种基于双铰杆式锁定解锁机构主体结构包括：安装基座1、左侧轴系2、拔销器组件3、连杆4、锁舵轴系5、右侧轴系6，此时处于锁定状态，锁舵销通过锥角***舵体内部实现锁定约束。安装基座假想件1可与壳体设计方仔细协调具体结构，但需要提供较高刚度用于安装拔销器。左侧轴系2与拔销器连接，并与连杆4通过销轴连接，在左侧呈铰接状态。右侧轴系6通过螺纹与安装基座1连接，实现前后可调，调整到位后使用保险锁定。右侧轴系6与连杆4通过销轴连接，在右侧呈现铰接状态，此处设置长圆孔，实现连杆横向可运。锁舵销轴系5位于中央使用关节轴承与连杆4连接，同时受安装基座约束，使连杆4的转动转换成轴系前后移动，实现舵的锁定和解锁功能。
当需要解锁时，有两种工况，一种是飞行解锁，此时右侧轴系6处于锁定状态，以右侧销轴6为铰，左侧拔销器运动，带动左侧轴系2一起运动，连杆4左侧向内摆动带动锁舵销向内运动实现解锁，解锁后的状态如图4和图5所示。
另一种是地面维修解锁工况，此时不需要拔销器工作，处于锁定状态，以左侧轴系为铰，右侧轴系取消保险后人工向内旋进，连杆右侧向内摆动后带动锁舵销向内运动，实现解锁，解锁后的状态如图6和图7所示。维修完成后可按原路径返回并锁定恢复状态。
图9为左侧轴系各零部件和拔销器示意，拔销器通过垫片3-1螺钉3-2安装在假想基座1上。拔销器输出端有螺纹，穿过垫片2-1和左转接件2-2连接左侧轴系并使用自锁螺母2-3锁定，左侧轴系与连杆4使用销2-4和开口销2-5连接。拔销器是飞行解锁的动力源，平常锁定时承受一定载荷，通过计算可保障此载荷不大于解锁力且有一定裕度。
图10是本发明实施例提供的锁舵销轴系安装示意图。锁舵销5-1与假想基座1间隙配合，与舵锥孔配合，内部安装自润滑关节轴承5-2并顶住一侧，使用孔用弹性挡圈5-3固定另一侧。
图11是本发明实施例提供的右侧轴系的***示意图；图12是本发明实施例提供的右侧轴系安装示意图。连杆4使用开口销6-1销6-2连接右侧轴系6的右转接件6-3，右转接件位于右侧轴系内部，含螺孔，使用垫片6-4和螺钉6-5将中间的轴套6-6固定，外侧为前法兰件6-7和后法兰件6-8，法兰件与铜套干摩擦，并设置轴肩固定铜套两端，法兰使用普通六角头螺栓6-9和自锁螺母6-10固定。后法兰件后部有内六角孔，用于人工旋紧加力，后部外侧为螺纹，与安装基座配合，同时设有保险孔，锁定时与基座配合打保险防松。旋紧需用工装，设定最大进给长度，保证右侧轴系不旋进壳体内部。
本机构运动行程可简单计算得出，并可根据需求，通过调整杆4全长、左右侧轴系到锁舵销轴系长度的比例调整锁舵销5-1行程。锁舵位置可位于舵轴前部，也可位于舵轴后部，与舵轴形成双支点减小冲击响应。机构的难点在于锁舵轴与舵的配合，使用锥孔配合适当降低了装配难度。
双铰杆锁定解锁机构实施装配时，首先将右侧轴系安装好，此时横杆和销轴不安装。随后安装拔销器和左转接件，此时左转接件可绕拔销器安装轴转动。将锁舵轴放入基座孔中，其可沿着径向平动，自身也可转动。然后将右侧轴系拧入基座并使用工装控制其距离。
三个轴系初步安装好以后，穿入杆进入锁舵销内的关节轴承，先将横杆搭在右侧轴系上，穿入销轴和开口销锁定。此时横杆可沿其轴向移动，锁舵销不能转动但可平动。之后旋转左转接件与杆搭接。搭接后锁舵销已经安装基本到位。安装左侧销轴并用开口销锁定，最后调整右侧轴系螺纹完成锁舵销预紧完成安装。
维护拆开过程较安装容易，主要是拆除开口销和销轴，拆开后三个轴系已无联系，可各自拆开。
本发明在满足舱段结构安装的几何外形尺寸和接口要求的基础上，用较小的质量代价提供了空气舵挂飞锁定功能，降低了伺服设计难度，同时起到抑制振动，保护舵、传动组件和伺服小回路的作用。面向空气舵使用，实现了飞行一次性解锁和地面维修可重复解锁功能。此机构解锁行程可设计，两侧行程比例可调整，安装位置可协调，使用灵活度高。相较于以往锁定结构，在空中新增了抖振抑制功能，在地面增加了手动解锁功能，提高了机构重复使用度，并可检测锁定状态，其承载能力也有较大裕度。双铰杆机构主体安装在壳体内部，受外界环境影响小，运动包络范围小，布局方便。机构各处设计时都考虑了防松润滑措施，锁舵锥孔配合程度也可调整，环境适应性好。
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。
Claims (3)
1.一种双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构，其特征在于包括：安装基座(1)、左侧轴系(2)、拔销器组件(3)、连杆(4)、锁舵轴系(5)和右侧轴系(6)；其中，
所述左侧轴系(2)的一端、所述拔销器组件(3)的一端、所述锁舵轴系(5)的一端和所述右侧轴系(6)的一端均设置在所述安装基座(1)上；
所述左侧轴系(2)的另一端与所述连杆(4)的一端相连接，所述连杆(4)的另一端穿过锁舵轴系(5)的另一端与所述右侧轴系(6)的另一端相连接；
所述拔销器组件(3)的另一端与所述左侧轴系(2)相连接；
所述锁舵轴系(5)包括锁舵销(5-1)、自润滑关节轴承(5-2)和弹性挡圈(5-3)；其中，
所述锁舵销(5-1)的一端与安装基座(1)相连接；
所述自润滑关节轴承(5-2)嵌设于锁舵销(5-1)的头部的润滑孔内；
所述弹性挡圈(5-3)设置于锁舵销(5-1)的头部的润滑孔，用于阻挡住所述自润滑关节轴承(5-2)；
所述连杆(4)的另一端穿过弹性挡圈(5-3)和自润滑关节轴承(5-2)；
所述右侧轴系(6)包括第二开口销(6-1)、第二销(6-2)、右转接件(6-3)、第二垫片(6-4)、第二螺钉(6-5)、轴套(6-6)、前法兰件(6-7)、后法兰件(6-8)、六角头螺栓(6-9)和第二自锁螺母(6-10)；其中，
所述连杆(4)的另一端通过第二开口销(6-1)及第二销(6-2)两个部件与右转接件(6-3)相连接；
所述第二螺钉(6-5)的一端与所述轴套(6-6)的中部相连接，所述第二螺钉(6-5)的另一端穿过第二垫片(6-4)与右转接件(6-3)相连接；
所述前法兰件(6-7)通过六角头螺栓(6-9)和第二自锁螺母(6-10)与后法兰件(6-8)相连接；
右转接件(6-3)、第二垫片(6-4)、第二螺钉(6-5)和轴套(6-6)作为整体设置于所述前法兰件(6-7)和所述后法兰件(6-8)组成的空间内；
当需要解锁时，有两种工况，一种是飞行解锁，此时右侧轴系(6)处于锁定状态，以右侧轴系(6)为铰，左侧拔销器组件运动，带动左侧轴系(2)一起运动，连杆(4)左侧向内摆动带动锁舵销向内运动实现解锁；另一种是地面维修解锁工况，此时不需要拔销器组件工作，处于锁定状态，以左侧轴系为铰，右侧轴系取消保险后人工向内旋进，连杆右侧向内摆动后带动锁舵销向内运动，实现解锁。
2.根据权利要求1所述的双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构，其特征在于：所述左侧轴系(2)包括垫片(2-1)、左转接件(2-2)、自锁螺母(2-3)、销(2-4)和开口销(2-5)；其中，
所述拔销器组件(3)的输出端依次穿过垫片(2-1)和左转接件(2-2)开设的通孔与所述自锁螺母(2-3)相连接；
所述连杆(4)的一端通过销(2-4)和开口销(2-5)与左转接件(2-2)相连接。
3.根据权利要求2所述的双铰杆式空气舵锁定解锁和抖振抑制机构，其特征在于：所述拔销器组件(3)通过第三垫片(3-1)和螺钉(3-2)安装在安装基座(1)上。
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