CN211281526U - 两级入轨飞行器背部分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种两级入轨飞行器背部分离装置，其包括载机以及二级载荷，包括设置于载机与二级载荷之间的顶起机构以及设置于载机与二级载荷之间且位于二级载荷尾部位置的铰链机构；所述顶起机构与二级载荷之间设置有第一分离件，所述第一分离件用于分离顶起机构与二级载荷，所述铰链机构与二级载荷之间设置有第二分离件，所述第二分离件用于分离铰链机构与二级载荷；所述顶起机构驱动二级载荷以铰链机构为支点进行转动，载机与二级载荷之间形成所预设的角度。本实用新型具有当二级载荷与载机分离时，使二级载荷升力较大，且二级载荷与载机脱离速度快的效果。

Description

两级入轨飞行器背部分离装置

技术领域

本实用新型涉及飞行器的技术领域，尤其是涉及一种两级入轨飞行器背部分离装置。

背景技术

两级入轨飞行器是未来可重复使用的空天往返工具，是由载机携带二级载荷飞行至一定高度，并以一定速度分离，随后二级载荷加速爬升入轨，载机水平着陆；其中，二级载荷可以为运载火箭、航天飞机、轨道器等。两级入轨飞行器为未来航天发射提供低成本、高可靠性、高灵活的解决方案。在发射过程中，二级载荷分离技术是关系到发射成败的关键。

受限于载机起落架高度和内部空间，二级载荷只能在载机背部进行挂载。在分离时，现有的分离方式主要是依靠二级载荷自身升力分离。但是，处于分离点时，该位置具有高速、低密度的特征，虽然载机与二级载荷的速度较快（通常为Ma6~8），但所处位置的密度较小（小于海平面密度的1.5%），因此整体的动压较低；二级载荷一般为航天飞机或轨道器，其升力系数较小；而载机对来流遮挡作用明显，故有效迎角较小。因此，二级载荷升力较小，造成分离的效率低下。

在分离过程中，载机和二级载荷之间存在较强的气动干扰，该干扰以激波反射与折射的方式表现，并在载机和二级载荷之间的流道内反复作用，且具有较强的非定常特征，若分离缓慢，将持续影响二级载荷的飞行稳定性，可能导致两级飞行器空中碰撞。高强度的激波在波后产生高压高热流区域，若载机与二级载荷缓慢的分离，则可能对载机和二级载荷的结构产生破坏。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种两级入轨飞行器背部分离装置，能够实现将载机与二级载荷快速进行分离。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种两级入轨飞行器背部分离装置，包括设置于载机与二级载荷之间的顶起机构以及设置于载机与二级载荷之间且位于二级载荷尾部位置的铰链机构；

所述顶起机构与二级载荷之间设置有第一分离件，所述第一分离件用于分离顶起机构与二级载荷，所述铰链机构与二级载荷之间设置有第二分离件，所述第二分离件用于分离铰链机构与二级载荷；

所述顶起机构驱动二级载荷以铰链机构为支点进行转动，载机与二级载荷之间形成所预设的角度。

通过采用上述技术方案，顶起机构驱动二级载荷以铰链机构为支点进行转动的方式，使得载机与二级载荷之间所形成的夹角可以进行改变；当需要将二级载荷与顶起机构进行分离时，通过改变夹角可以有效改变二级载荷的升力，通过调整至所预设的角度，可以将升力提高至所需要大小；之后，通过所设置的第一分离件与第二分离件即可实现快速分离，避免干扰流场对载机和二级载荷的结构产生破坏。

本实用新型进一步设置为：所述顶起机构包括固定连接于载机上的水平驱动件以及连接于水平驱动件与二级载荷上的顶起件，所述顶起件与水平驱动件的驱动杆铰接，所述水平驱动件推动顶起件沿着所预设的方向移动，所述顶起件的顶起杆与二级载荷相互铰接；

所述铰链机构包括支撑杆，所述支撑杆的一端与载机固定连接，所述支撑杆远离载机的一端与二级载荷相互铰接。

通过采用上述技术方案，若只通过顶起件来驱动二级载荷，在顶起件的顶起杆驱动二级载荷远离载机时，顶起件的顶起杆与二级载荷之间的夹角会变小，导致顶起件的顶起效果变差；水平驱动件的设置使得顶起件在顶起时，通过水平驱动件推动顶起件，可以增大顶起件与二级载荷之间所呈的夹角，增大顶起件顶起二级载荷的效果，提高顶起件顶起二级载荷的效率。

本实用新型进一步设置为：所述顶起件与二级载荷的中轴线始终呈垂直设置。

通过采用上述技术方案，顶起件与二级载荷的中轴线呈垂直设置时，顶起件顶起的效果最佳，始终保持垂直设置可以有效提高顶起件顶起二级载荷的效率，缩短载机与二级载荷之间形成所预设角度的时间，提高分离速度。

本实用新型进一步设置为：所述顶起件的顶起杆上设置有用于测量顶起件的顶起杆与二级载荷中轴线之间夹角的激光测距仪。

通过采用上述技术方案，激光测距仪可以良好的监测顶起件的顶起杆与二级载荷中轴线之间的夹角，根据激光测距仪所检测的夹角情况来控制顶起件的顶起杆的伸出量以及水平驱动件的驱动杆的伸出量，确保顶起件与二级载荷的中轴线始终呈垂直设置。

本实用新型进一步设置为：所述顶起机构包括设置于载机上且用于限制顶起件的运动轨迹的滑轨，所述顶起件与滑轨滑移连接。

通过采用上述技术方案，滑轨的设置保证了顶起机构在被水平驱动件推动时，顶起机构不会脱离预设的运动轨迹，避免了由于顶起机构脱离运动轨迹而导致水平驱动件遭受损坏从而使分离装置失效。

本实用新型进一步设置为：所述顶起件与滑轨滑移连接处设置有滑移座，所述滑移座上且位于滑移座与滑轨之间设置有滑轮。

通过采用上述技术方案，滑移座与滑轮的设置减小了顶起件与滑轨之间的摩擦，使得顶起件在滑轨上滑动时更顺畅，提高了水平驱动件的驱动效率，有效降低了载机与二级载荷之间形成所预设角度的时间。

本实用新型进一步设置为：所述载机的质心与二级载荷的质心处于相同的轴向位置上。

通过采用上述技术方案，质心处于相同的轴向位置的设定，提高了载机与二级载荷在飞行过程中的稳定性，避免质心偏离而导致载机与二级载荷在飞行过程中产生安全隐患。

本实用新型进一步设置为：所述顶起机构设置于载机质心剖面内部偏上方的位置。

通过采用上述技术方案，顶起机构在载机的质心剖面内部偏上方的设置，保证了载机和二级载荷之间的连接强度，同时进一步提高了整体的结构强度。

本实用新型进一步设置为：所述第一分离件包括与顶起机构相互铰接的第一连接盘和用于固定第一连接盘与二级载荷的第一***螺栓，所述第一***螺栓与二级载荷固定连接，所述第一连接盘上呈周向设置有多个供第一***螺栓穿设的第一安装孔，所述第一***螺栓设置有多个且与第一安装孔一一对应。

本实用新型进一步设置为：所述第二分离件包括与铰链机构相互铰接的第二连接盘和用于固定第二连接盘与二级载荷的第二***螺栓，所述第二***螺栓与二级载荷固定连接，所述第二连接盘上呈周向设置有多个供第二***螺栓穿设的第二安装孔，所述第二***螺栓设置有多个且与第二安装孔一一对应。

通过采用上述技术方案，第一***螺栓与第二***螺栓的设置在保证固定强度的前提下简化了二级载荷与载机分离的步骤，使二级载荷与载机分离的时间更快，同时周向设置的方式提高了二级载荷与第一分离件以及第二分离件之间的固定强度。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：

1. 顶起机构驱动二级载荷以铰链机构为支点进行转动的方式，使得载机与二级载荷之间所形成的夹角可以进行改变；当需要将二级载荷与顶起机构进行分离时，通过改变夹角至所预设的角度，可以将升力提高至所需要大小；

2. 顶起件与二级载荷的中轴线始终呈垂直设置以及滑轨与滑轮的设置，提高顶起件顶起二级载荷的效率，缩短载机与二级载荷之间形成所预设角度的时间，提高分离速度；

3. 第一***螺栓与第二***螺栓的设置在保证固定强度的前提下简化了二级载荷与载机分离的步骤，使二级载荷与载机分离的时间更快。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是顶起机构的部分示意图。

图3是顶起件的正视图。

图4是第一分离件的结构示意图。

图5是第二分离件的结构示意图。

图中，1、载机；2、二级载荷；3、顶起机构；31、水平驱动件；32、顶起件；33、激光测距仪；34、安装块；35、转动槽；36、连接杆；37、滑动座；38、滑轨；381、滑动槽；382、滑轮；4、铰链机构；41、支撑杆；5、第一分离件；51、第一连接块；52、第一连接盘；53、第一***螺栓；54、第一安装孔；6、第二分离件；61、第二连接块；62、第二连接盘；63、第二***螺栓；64、第二安装孔。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，为本实施例公开的一种两级入轨飞行器背部分离装置，包括设置于载机1与二级载荷2之间的顶起机构3、设置于载机1与二级载荷2之间且位于二级载荷2尾部位置的铰链机构4、用于分离顶起机构3与二级载荷2的第一分离件5以及用于分离铰链机构4与二级载荷2的第二分离件6。

第一分离件5设置于顶起机构3与二级载荷2之间；第二分离件6设置于铰链机构4与二级载荷2之间；顶起机构3驱动二级载荷2以铰链机构4为支点进行转动，载机1与二级载荷2之间形成所预设的夹角。载机1的质心与二级载荷2的质心处于相同的轴向位置。顶起机构3设置于载机1质心剖面内部偏上方的位置。顶起机构3驱动二级载荷2以铰链机构4为支点进行转动，使得载机1与二级载荷2之间形成一定角度；在达到预设角度之后，通过第一分离件5与第二分离件6将载机1与二级载荷2进行快速分离。

如图1和图2所示，顶起机构3包括固定连接于载机1上的水平驱动件31、连接于水平驱动件31与二级载荷2之间的顶起件32以及设置于载机1上且用于限制顶起件32的运动轨迹的滑轨38，在本实施例中，顶起件32设置为多级液压缸。顶起件32与滑轨38滑移连接，顶起件32与水平驱动件31的驱动杆铰接，顶起件32的顶起杆与第一分离件5相互铰接，水平驱动件31推动顶起件32沿着所预设的方向移动。

水平驱动件31优选为推缸舵机。

顶起件32的底部固定连接有安装块34，安装块34上开设有供水平驱动件31的驱动杆穿设并转动的转动槽35，水平驱动件31的驱动杆上垂直连接有连接杆36，连接杆36贯穿于转动槽35的两侧壁并与顶起件32转动连接，连接杆36的两端均固定连接有滑动座37，两个滑动座37与所预设的两个滑轨38一一对应。滑轨38上靠近滑动座37的一侧设置有供滑动座37穿设且滑移的滑动槽381。滑动座37上且靠近滑动槽381侧壁的位置安装有滑轮382，滚轮设置有若干个且滑轮382均与滑动槽381相抵触。

顶起件32的顶起杆上设置有用于测量顶起件32的顶起杆与二级载荷2中轴线之间夹角的激光测距仪33（如图3）；激光测距仪33监测顶起件32的顶起杆与二级载荷2中轴线之间的夹角，根据激光测距仪33所检测的夹角情况来控制顶起件32的顶起杆的伸出量以及水平驱动件31的驱动杆的伸出量，确保顶起件32与二级载荷2的中轴线始终呈垂直设置。

如图4所示，第一分离件5铰接于顶起机构3与二级载荷2之间，第一分离件5与顶起件32的顶起杆相铰接，第一分离件5用于分离顶起机构3与二级载荷2。第一分离件5包括第一连接块51、第一连接盘52和第一***螺栓53，第一连接块51和顶起件32的顶起杆相互铰接，第一连接盘52与第二载荷的外表面且位于质心的下方位置固定连接；第一连接块51与第一连接盘52远离二级载荷2的一端一体连接，且第一连接块51设置于第一连接盘52的中心；在本实施例中，为了减小风阻及热流密度，第一连接块51沿着第二载荷行进的方向设置为钝头流线型。第一连接盘52上且位于第一连接块51的外侧呈周向设置有多个第一安装孔54，多个第一***螺栓53一一对应穿设于多个第一安装孔54中，并与二级载荷2固定连接，当需要进行分离时，只需要启动第一***螺栓53，即可实现分离。

如图1和图5所示，铰链机构4包括支撑杆41，支撑杆41的一端与载机1固定连接，支撑杆41远离载机1的一端与第二分离件6相互铰接。通过支撑杆41将载机1与二级载荷2进行分离，使得载机1在发送旋转以形成预设角度过程中，载机1的尾部不会与二级载荷2发生碰撞，有效降低事故发生的可能性。

第二分离件6铰接于铰链机构4与二级载荷2之间，第二分离件6用于分离铰链机构4与二级载荷2。第二分离件6包括第二连接块61、第二连接盘62和第二***螺栓63，第二连接块61和铰链机构4的支撑杆41相互铰接，第二连接盘62与第二载荷固定连接；第二连接块61与第二连接盘62远离二级载荷2的一端一体连接，且第二连接块61设置于第二连接盘62的中心；在本实施例中，为了减小风阻及热流密度，第二连接块61沿着载机1行进的方向设置为钝头流线型。第二连接盘62上且位于第二连接块61的外侧呈周向设置有多个第二安装孔64，多个第二***螺栓63一一对应穿设于多个第二安装孔64中，并与二级载荷2固定连接，当需要进行分离时，只需要启动第二***螺栓63，即可实现分离。

本实施例的具体工作过程如下：

顶起件32对二级载荷2产生向上的推力，通过激光测距仪33监控顶起件32的顶起杆与二级载荷2的中轴线之间的夹角，通过改变水平驱动件31的伸长量来改变顶起件32的角度，以使顶起件32始终同二级载荷2的中垂线保持垂直；当二级载荷2倾斜角度达到预定的角度，即达到分离角度时，第二分离件6的第二***螺栓63***以使铰链机构4与二级载荷2脱离；顶起件32继续对二级载荷2产生向上的推力，当顶起件32的顶起杆伸长到极限距离后，第一分离件5的第一***螺栓53***以使二级载荷2与载机1脱离。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种两级入轨飞行器背部分离装置，其特征在于，包括设置于载机(1)与二级载荷(2)之间的顶起机构(3)以及设置于载机(1)与二级载荷(2)之间且位于二级载荷(2)尾部位置的铰链机构(4)；

所述顶起机构(3)与二级载荷(2)之间设置有第一分离件(5)，所述第一分离件(5)用于分离顶起机构(3)与二级载荷(2)，所述铰链机构(4)与二级载荷(2)之间设置有第二分离件(6)，所述第二分离件(6)用于分离铰链机构(4)与二级载荷(2)；

所述顶起机构(3)驱动二级载荷(2)以铰链机构(4)为支点进行转动，载机(1)与二级载荷(2)之间形成所预设的角度。

2.根据权利要求1所述的两级入轨飞行器背部分离装置，其特征在于，所述顶起机构(3)包括固定连接于载机(1)上的水平驱动件(31)以及连接于水平驱动件(31)与二级载荷(2)上的顶起件(32)，所述顶起件(32)与水平驱动件(31)的驱动杆铰接，所述水平驱动件(31)推动顶起件(32)沿着所预设的方向移动，所述顶起件(32)的顶起杆与第一分离件(5)相互铰接；

所述铰链机构(4)包括支撑杆(41)，所述支撑杆(41)的一端与载机(1)固定连接，所述支撑杆(41)远离载机(1)的一端与第二分离件(6)相互铰接。

3.根据权利要求2所述的两级入轨飞行器背部分离装置，其特征在于，所述顶起件(32)与二级载荷(2)的中轴线始终呈垂直设置。

4.根据权利要求2所述的两级入轨飞行器背部分离装置，其特征在于，所述顶起件(32)的顶起杆上设置有用于测量顶起件(32)的顶起杆与二级载荷(2)中轴线之间夹角的激光测距仪(33)。

5.根据权利要求2所述的两级入轨飞行器背部分离装置，其特征在于，所述顶起机构(3)包括设置于载机(1)上且用于限制顶起件(32)的运动轨迹的滑轨(38)，所述顶起件(32)与滑轨(38)滑移连接。

6.根据权利要求3所述的两级入轨飞行器背部分离装置，其特征在于，所述顶起件(32)与滑轨(38)滑移连接处设置有滑移座，所述滑移座上且位于滑移座与滑轨(38)之间设置有滑轮(382)。

7.根据权利要求1所述的两级入轨飞行器背部分离装置，其特征在于，所述载机(1)的质心与二级载荷(2)的质心处于相同的轴向位置上。

8.根据权利要求1所述的两级入轨飞行器背部分离装置，其特征在于，所述顶起机构(3)设置于载机(1)质心剖面内部偏上方的位置。

9.根据权利要求1所述的两级入轨飞行器背部分离装置，其特征在于，所述第一分离件(5)包括与顶起机构(3)相互铰接的第一连接盘(52)和用于固定第一连接盘(52)与二级载荷(2)的第一***螺栓(53)，所述第一***螺栓(53)与二级载荷(2)固定连接，所述第一连接盘(52)上呈周向设置有多个供第一***螺栓(53)穿设的第一安装孔(54)，所述第一***螺栓(53)设置有多个且与第一安装孔(54)一一对应。

10.根据权利要求1所述的两级入轨飞行器背部分离装置，其特征在于，所述第二分离件(6)包括与铰链机构(4)相互铰接的第二连接盘(62)和用于固定第二连接盘(62)与二级载荷(2)的第二***螺栓(63)，所述第二***螺栓(63)与二级载荷(2)固定连接，所述第二连接盘(62)上呈周向设置有多个供第二***螺栓(63)穿设的第二安装孔(64)，所述第二***螺栓(63)设置有多个且与第二安装孔(64)一一对应。

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