本發(fā)明屬于進(jìn)入式航天器進(jìn)入軌道使用的減速器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種充氣展開(kāi)的周期性囊瓣式減速器及其卷曲折疊收攏方法。

背景技術(shù)：

航天器進(jìn)入技術(shù)是一項(xiàng)重要技術(shù)，目前只有少數(shù)國(guó)家掌握；航天器的進(jìn)入過(guò)程一般可分為如下幾個(gè)階段： 一、脫離原來(lái)的運(yùn)行軌道；二、轉(zhuǎn)入進(jìn)入軌道的過(guò)渡段；三、進(jìn)入大氣層；四、轉(zhuǎn)入進(jìn)入軌道的進(jìn)入段；五、轉(zhuǎn)入進(jìn)入軌道的著陸段；六、航天器安全著陸。為了保證航天器的安全著陸，進(jìn)入段對(duì)航天器的減速過(guò)程十分重要，充氣式減速器可通過(guò)充氣方式增加航天器的阻力面積，它具有運(yùn)載體積小、質(zhì)量輕、易收攏等較多優(yōu)點(diǎn)，然而現(xiàn)有的充氣展開(kāi)減速器還存在單位體積下表面積小，氣體流通路徑復(fù)雜，升阻比低和外緣穩(wěn)定能力差等問(wèn)題需要優(yōu)化和解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的充氣展開(kāi)減速器存在的上述問(wèn)題，提供了一種充氣展開(kāi)的周期性囊瓣式減速器及其卷曲折疊收攏方法，其技術(shù)方案如下：

一種充氣展開(kāi)的周期性囊瓣式減速器，它包含球缺形的剛性頭錐，圍繞剛性頭錐設(shè)置有一個(gè)由周期性囊瓣構(gòu)成的傘狀的氣囊，氣囊由下至上沿拋物線(xiàn)向外側(cè)擴(kuò)張，形成變曲率的外表面，在氣囊內(nèi)沿每?jī)蓚€(gè)相鄰囊瓣的接縫處均設(shè)置有一組張拉索，圍繞氣囊的最大直徑處設(shè)置有一個(gè)擾流氣環(huán)，氣囊下端與剛性頭錐固定連接，剛性頭錐、張拉索和擾流氣環(huán)共同將氣囊的氣動(dòng)外形穩(wěn)定約束；擾流氣環(huán)和氣囊與氣瓶及充氣控系統(tǒng)連接即能實(shí)現(xiàn)空中充氣展開(kāi)；在剛性頭錐內(nèi)側(cè)設(shè)置有水平質(zhì)心控制盤(pán)，能起到粗略調(diào)整減速器飛行姿態(tài)的作用，水平質(zhì)心控制盤(pán)與剛性頭錐固定連接；在剛性頭錐內(nèi)側(cè)還設(shè)置有安插箱，用來(lái)與飛行器連接，安插箱與水平質(zhì)心控制盤(pán)固定連接。

上述一種充氣展開(kāi)的周期性囊瓣式減速器的卷曲折疊收攏方法，采用折疊式雨傘的折疊方法，W形和星形向心收攏并結(jié)合環(huán)向纏繞的方法，具體包含如下步驟：

第一步，將放氣后的氣囊由外向內(nèi)進(jìn)行W形折疊；

第二步，將第一步W形折疊后的氣囊進(jìn)行星形折疊，將設(shè)置張拉索的位置推靠在水平質(zhì)心控制盤(pán)的表面上，便形成星形；

第三步，將第二步星形折疊后的氣囊的推靠在水平質(zhì)心控制盤(pán)的表面以外的部分順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)纏繞。

折疊后的氣囊外側(cè)套裝自熔斷圓環(huán)等將其鎖定，航天器達(dá)到一定速度時(shí)，自熔斷圓環(huán)自動(dòng)熔斷打開(kāi)，同時(shí)充氣控系統(tǒng)控制氣瓶的閥門(mén)打開(kāi)進(jìn)行充氣，減速器展開(kāi)。

本發(fā)明的有益效果為：這種囊瓣?duì)罘菆A形截面的減速器不僅增加了減速器的表面積，而且氣囊的徑向曲率半徑小于頭錐的曲率半徑,氣囊的周向?yàn)橹芷谛缘哪野晁阅艹惺芨叩膬?nèi)部的壓差，保持結(jié)構(gòu)的阻力面氣動(dòng)外形，提高結(jié)構(gòu)的升阻比；周期性的囊瓣曲率不凹變處，起到結(jié)構(gòu)表面氣流的導(dǎo)流作用，同時(shí)自由邊增強(qiáng)充氣環(huán)解決了氣囊的柔性充氣結(jié)構(gòu)外緣局部失穩(wěn)的問(wèn)題，也提高減速器在飛行至亞音速域時(shí)的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明充氣展開(kāi)狀態(tài)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是氣囊的內(nèi)部示意圖；

圖3是一個(gè)囊瓣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是水平質(zhì)心控制盤(pán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是折疊方法第一步的示意圖；

圖6是折疊方法第二步的示意圖；

圖7是折疊方法第三步的示意圖；

圖8是折疊完成的示意圖；

圖9是氣囊和擾流氣環(huán)的充氣展開(kāi)控制流程示意圖；

圖10是減速器充氣展開(kāi)狀態(tài)的徑向截面輪廓示意圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1至圖8，一種充氣展開(kāi)的周期性囊瓣式減速器，它包含球缺形的剛性頭錐1，圍繞剛性頭錐1設(shè)置有一個(gè)由周期性囊瓣構(gòu)成的傘狀的氣囊2，氣囊2由下至上沿拋物線(xiàn)向外側(cè)擴(kuò)張，形成變曲率的外表面，在氣囊2內(nèi)沿每?jī)蓚€(gè)相鄰囊瓣的接縫處均設(shè)置有一組張拉索2-1，圍繞氣囊2的最大直徑處設(shè)置有一個(gè)擾流氣環(huán)3，氣囊2下端與剛性頭錐1固定連接，剛性頭錐1、張拉索2-1和擾流氣環(huán)3共同將氣囊2的氣動(dòng)外形穩(wěn)定約束；擾流氣環(huán)3和氣囊2與氣瓶及充氣控系統(tǒng)連接即能實(shí)現(xiàn)空中充氣展開(kāi)；在剛性頭錐1內(nèi)側(cè)設(shè)置有水平質(zhì)心控制盤(pán)4，能起到粗略調(diào)整減速器飛行姿態(tài)的作用，水平質(zhì)心控制盤(pán)4與剛性頭錐1固定連接；在剛性頭錐1內(nèi)側(cè)還設(shè)置有安插箱5，用來(lái)與飛行器連接，安插箱5與水平質(zhì)心控制盤(pán)4固定連接。

上述一種充氣展開(kāi)的周期性囊瓣式減速器的卷曲折疊收攏方法，采用折疊式雨傘的折疊方法，W形和星形向心收攏并結(jié)合環(huán)向纏繞的方法，具體包含如下步驟：

第一步，將放氣后的氣囊2由外向內(nèi)進(jìn)行W形折疊；

第二步，將第一步W形折疊后的氣囊2進(jìn)行星形折疊，將設(shè)置張拉索2-1的位置推靠在水平質(zhì)心控制盤(pán)4的表面上，便形成星形；

第三步，將第二步星形折疊后的氣囊2的推靠在水平質(zhì)心控制盤(pán)4的表面以外的部分順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)纏繞。

氣囊2通過(guò)鉚釘來(lái)與剛性頭錐1連接，氣囊2內(nèi)由隔膜2-2均勻分隔為四個(gè)氣室，每個(gè)氣室分別與一個(gè)氣瓶連接，可以實(shí)現(xiàn)四個(gè)氣室同步展開(kāi)，在隔膜2-2上設(shè)置通孔，使各氣室間的氣體可以流通，保證各氣室氣壓均衡。

囊瓣數(shù)量為十八到三十六個(gè)之間的偶數(shù)。

水平質(zhì)心控制盤(pán)4包含外殼4-1、彈簧4-2和重物塊4-3，外殼4-1是圓筒形的，在外殼4-1內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)重物塊4-3，兩個(gè)重物塊4-3沿外殼4-1的軸心線(xiàn)排列，圍繞每個(gè)重物塊4-3設(shè)置多根彈簧4-2將重物塊4-3與外殼4-1的周向側(cè)壁連接；當(dāng)減速器有朝某個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，重物塊4-3也會(huì)向同一方向運(yùn)動(dòng)，而彈簧4-2會(huì)產(chǎn)生相反方向的拉力，保證了整體的質(zhì)心不會(huì)產(chǎn)生較大偏離。

擾流氣環(huán)3的四分之一表面與氣囊2粘接，形成270度截面的擾流氣環(huán)3。

參照?qǐng)D9，氣囊2和擾流氣環(huán)3的充氣展開(kāi)過(guò)程由單片機(jī)控制，具體流程如下：

氣囊2和擾流氣環(huán)3的氣壓通過(guò)傳感器輸入單片機(jī)；單片機(jī)的輸出端分別控制五個(gè)氣瓶的電磁閥，當(dāng)單片機(jī)給電磁閥發(fā)送打開(kāi)指令后，五個(gè)氣瓶約在1s內(nèi)完成充氣，充氣壓力差約控制在200Kpa，單片機(jī)內(nèi)條件語(yǔ)句結(jié)構(gòu)示意：如果壓力傳感器檢測(cè)到充氣擾流環(huán)氣壓小于預(yù)設(shè)氣壓，電磁閥打開(kāi)進(jìn)行補(bǔ)氣。

參照?qǐng)D10，減速器充氣展開(kāi)狀態(tài)的徑向截面輪廓線(xiàn)為：

剛性頭錐1外側(cè)表面的徑向截面輪廓線(xiàn)1-1為圓x²+(y-0.09R₁)²=(0.09R₁)²的一部分；

氣囊2外側(cè)表面的徑向截面輪廓線(xiàn)2-3為拋物線(xiàn)y=3x²/4R₁+0.3x+0.08R₁的一部分；

氣囊2內(nèi)側(cè)表面的徑向截面輪廓線(xiàn)2-4為拋物線(xiàn)y=13x²/5R₁+0.8x+0.1R₁的一部分；

氣囊2內(nèi)外表面銜接部分的徑向截面輪廓線(xiàn)2-5為圓(x+0.8R₁)²+(y-0.6R₁)²=(0.18R₁)²的一部分；

式中，以剛性頭錐1的最低點(diǎn)為原點(diǎn)，減速器的對(duì)稱(chēng)軸為y軸，垂直于對(duì)稱(chēng)軸的水平方向?yàn)閤軸，R₁為氣囊2的最大直徑。