CN103407587B - 一种空间柔性网捕装置发射展开系统 - Google Patents

Abstract

一种空间柔性网捕装置发射展开系统，由发射支架、滚筒、发射约束环、柔性网捕装置、火箭固定架、A型小火箭、B型小火箭组成；它们之间的位置连接关系是：滚筒装在发射支架的圆轴上，发射约束环组装在发射支架侧边的凸台上，A型小火箭和B型小火箭连接在火箭固定架中，而火箭固定架则安装在发射支架凸台的导槽内；发射控制器控制A型小火箭点火，牵引着四个B型小火箭沿着导轨发射，通过网角系绳将柔性网穿过发射约束环拉出，测距仪不断更新目标距离，在离目标一定距离后，B型小火箭点火，以与Ａ型小火箭速度呈一定夹角的方向发射，实现柔性网的展开，通过收口装置实现网口收缩、包覆，最后滚筒反向旋转回收柔性网。整体结构简单，适用性强。

Description

一种空间柔性网捕装置发射展开系统

技术领域：

本发明涉及一种空间柔性网捕装置发射展开系统，属于航空航天空间碎片捕获技术领域。

技术背景：

柔性网捕机构是近几年来空间碎片捕获技术领域较为新的技术，相比于刚性捕获机构而言，柔性网捕机构具有更大的容错能力和更低的控制要求。但柔性网捕机构的展开过程是无约束的非线性隐式动力学过程，容易出现收缩缠绕等现象，其中发射装置_对网面的展开、网型的保持有很大的影响。对于柔性网捕装置的展开问题，欧空局曾提出ROGER计划，ROGER计划中，柔性网采取一次发射方式，利用具有一定初速度的质量块的惯性飞行，拉开网面，这种方式主要问题是柔性网展开飞行过程很难控制，同时，也很难适用不同距离的捕获任务，由于重力和空气阻力不能忽略，开展地面试验与空间试验的可比性较差。因而，如何实现可控的、适用广且易于试验测试的网捕发射展开，是研究的重点和难点，本文为研究解决这三个问题，发明了一种空间柔性网捕装置发射展开系统。

发明内容：

1.目的：本发明的目的是为了提供一种空间柔性网捕装置发射展开系统，是一种结构比较简单、柔性网展开效果良好的发射装置。

2.技术方案：为了实现上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种空间柔性网捕装置发射展开系统，它是由发射支架、滚筒、发射约束环、柔性网捕装置、火箭固定架、A型小火箭、B型小火箭组成；它们之间的位置连接关系是：滚筒装在发射支架的圆轴上，发射约束环组装在发射支架侧边的凸台上，A型小火箭和B型小火箭连接在火箭固定架中，而火箭固定架则安装在发射支架凸台的导槽内。

所述发射支架是框架式结构,见图2，包括底座、圆轴、凸台三个部分；底座是U型体，圆轴为实心圆柱体，固定在U型底座上，圆轴的功能是安装滚筒；凸台是长方体，其上表面有燕尾型导槽，安装在U型底座的侧边，凸台的功能是安装固定发射约束环和火箭固定架，同时凸台上的导槽也约束了A型小火箭初始速度的方向；

所述滚筒是中空的圆柱体，圆柱体两端有外凸缘，在滚筒的外圆柱表面上有螺旋槽；滚筒安装在发射支架的圆轴上，可以旋转。其作用是在未发射时将柔性网和网中心系绳绕在圆柱面的螺旋槽内，在展开过程中，滚筒的转动释放柔性网，同时滚筒的阻尼效果保证了柔性网和网中心系绳在展开过程中保证其张紧状态；

所述发射约束环是一长端有圆孔的长方形板，见图3，发射约束环的另一长端则固定在发射支架的凸台上，发射约束环的功能是保证柔性网在第一次发射过程中柔性网沿着网角系绳发射方向保持束状，并由发射约束环的圆孔中飞出；

所述柔性网捕装置包括柔性网、网中心系绳、网角系绳三部分，见图4。柔性网是由柔性材料制成的平面正方形网，发射初始时，将柔性网从网面中心点拉出成束状，缠绕在滚筒的螺旋槽中；网中心系绳是始端连接在柔性网的中心点，末端与滚筒连接的绳索，发射初始时，网中心系绳缠绕在滚筒的螺旋槽内，其作用是在完成任务后牵引捕获到的目标运动，同时在发射过程中起到一定的阻尼作用；网角系绳是耐热材料制成的绳索，共有4根，其始端分别连接在柔性网四个角点上，其末端穿过发射约束环后，分别连接在四个B型小火箭上，其作用是在牵引柔性网的飞出和柔性网的第二次展开；

所述火箭固定架包括A型固定环、B型固定环和导轨三部分，见图5。A型固定环是中间圆环状，圆环状外圈有四根外伸杆，四根外伸杆成X形对称分布，四根外伸杆末端有圆弧形结构；B型固定环结构与A型固定环类似，B型固定环与A型固定环的中心圆环尺寸相同，但B型固定环的X形杆长度小于比A型固定环的X形杆的长度，A型固定环和B型固定环连接A型小火箭和B型小火箭，并使其由A型固定环和B型固定环的中心圆环中穿过，B型小火箭固定在A型固定环和B型固定环的外伸杆末端的圆弧形结构上；导轨为燕尾形，将A型固定环和B型固定环连接形成一体；该火箭固定架上的导轨配合安装在发射支架的凸台10上的导槽内，使A型小火箭穿过A型固定环和B型固定环，按设定方向平直发射出去；

所述A型小火箭是微小型固体火药电点火火箭，包括固体小火箭和测距仪两部分，两部分都选用现有的产品，固体小火箭提供第一次发射过程的动力，测距仪是在一次发射后的飞行过程中，测量与目标间的距离，测距仪安装在A型小火箭的内部；A型小火箭数量一个；安装在火箭固定架的A型固定环和B型固定环的中心；

所述B型小火箭是微小型固体火药电点火火箭，包括固体小火箭和网收口装置两部分，两部分都选用现有产品，固体小火箭提供第二次发射过程的动力，网收口装置是在捕获到物体后，收卷网绳，实现柔性网对物体的包覆，网收口装置安装在B型小火箭的内部。B型小火箭四个，B型小火箭比A型小火箭小，四个B型小火箭分别安装固定在火箭固定架的A型固定环和B型固定环的外伸杆末端的圆弧形结构上。

本发明的工作原理及流程简介如下：

发射控制器控制A型小火箭点火，A型小火箭牵引着四个B型小火箭沿着导轨发射，B型小火箭通过网角系绳将柔性网穿过发射约束环拉出，安装在A型小火箭头部的测距仪不断更新目标距离，在发射到离目标一定距离后，B型小火箭点火，以与Ａ型小火箭速度呈一定夹角的方向发射，实现柔性网的展开，在完成任务之后，通过Ｂ型小火箭中的收口装置实现网口收缩、包覆，最后滚筒反向旋转回收柔性网。

3.优点及功效：本发明一种空间柔性网捕装置发射展开系统，其主要优点是：

（1）展开效果上，通过二次发射的方式能够使网面在特定位置上展开到最大位置；

（2）整体结构上比较简单，一般任务中对加工工艺要求较低。

（3）适用性上，二次发射方式中可以通过控制第二次发射的时间来满足不同距离上的不同尺寸目标的捕获要求；

（4）控制要求上，控制器控制两次发射启动和最终的收网装置，三次控制的时间精度可根据任务设定；

（5）成本上，简单的机构和控制器使得在保证展开效果的同时有较低的生产成本；

（6）由于采用火箭动力，使得地面试验和空间试验具有可比性。

附图说明：

图1为本发明总体结构图；

图2为本发明发射支架结构图

图3为本发明发射约束环结构图

图4为本发明柔性网捕装置结构图

图5为本发明火箭固定架结构图

图6为本发明第二次发射过程示意图。

图中符号说明如下：

1-发射支架；2-滚筒；3-发射约束环；4-柔性网捕装置；5-火箭固定架；6-A型小火箭；7-B型小火箭；8-底座；9-圆轴；10-凸台；11-柔性网；12-网中心系绳；13-网角系绳；14-A型固定环；15-B型固定环；16-导轨；17-网收口装置；18-测距仪。

具体实施方式：

见图1，本发明一种空间柔性网捕装置发射展开系统，它是由发射支架1、滚筒2、发射约束环3、柔性网捕装置4、火箭固定架5、A型小火箭6、B型小火箭7组成；它们之间的位置连接关系是：滚筒2装在发射支架1的圆轴9上，发射约束环3组装在发射支架1侧边的的凸台10上，A型小火箭6和B型小火箭7连接在火箭固定架5中，而火箭固定架5则安装在发射支架1的凸台10的导槽内。

所述发射支架1是框架式结构,见图2，包括底座8、圆轴9、凸台10三个部分，底座8是U型体；圆轴9为实心圆柱体，固定在U型底座8上，圆轴9的功能是安装滚筒2；凸台10是长方体，其上表面设有燕尾型导槽，安装在U型底座8的侧边，凸台10的功能是安装固定发射约束环3和火箭固定架5，同时凸台10上的导槽也约束了A型小火箭6初始速度的方向；

所述滚筒2是中空的圆柱体，圆柱体两端有外凸缘，在滚筒2的外圆柱表面上有螺旋槽；滚筒2安装在发射支架1的圆轴9上，可以旋转。其作用是在未发射时将柔性网11和网中心系绳12绕在圆柱面的螺旋槽内，在展开过程中，滚筒2的转动释放柔性网11，同时滚筒2的阻尼效果保证了柔性网11和网中心系绳12在展开过程中保证其张紧状态；

所述发射约束环3是一顶端有圆孔的长方形板见图3，发射约束环3的另一长端则固定在发射支架1的凸台10上。发射约束环3功能是保证柔性网11在第一次发射过程中柔性网11沿着网角系绳13发射方向保持束状由发射约束环3的圆孔中飞出；

所述柔性网捕装置4包括柔性网11、网中心系绳12、网角系绳13三部分，见图4。柔性网11是由柔性材料（如聚丙烯）制成的平面正方形网，发射初始时，将柔性网11从网面中心点拉出成束状，缠绕在滚筒2的螺旋槽中；网中心系绳12是始端连接在柔性网11的中心点，末端与滚筒2连接的绳索，发射初始时，网中心系绳12缠绕在滚筒2的螺旋槽内，其作用是在完成任务后回收柔性网11，同时在发射过程中起一定的阻尼作用；网角系绳13是耐热材料（如聚α酰胺）制成的绳索，共有4根，其始端分别连接在柔性网11四个角点上，其末端穿过发射约束环3后，分别连接在四个B型小火箭7上，其作用是在牵引柔性网11的飞出和柔性网11的第二次展开；

所述火箭固定架5包括A型固定环14、B型固定环15和导轨16三部分，见图5。A型固定环14是中间圆环状，圆环状外圈有四根外伸杆，四根外伸杆成X形对称分布，四根外伸杆的末端有圆弧形结构；B型固定环15结构与A型固定环14类似，B型固定环15与A型固定环14的中心圆环尺寸相同，但B型固定环的X形杆的长度小于A型固定环14的X形杆的长度，A型固定环14和B型固定环15连接A型小火箭6和B型小火箭7，并使其由A型固定环14和B型固定环15的中心圆环中穿过，B型小火箭7固定在A型固定环14和B型固定环15的外伸杆末端的圆弧形结构上；导轨16为燕尾形，将A型固定环14和B型固定环15连接形成一体；该火箭固定架5上的导轨16配合安装在发射支架1的凸台10上的导槽内，使A型小火箭6穿过A型固定环14和B型固定环15，按设定方向平直发射出去；

所述A型小火箭6是微小型固体火药电点火火箭，包括固体小火箭和测距仪18两部分，两部分都选用现有的产品，固体小火箭提供第一次发射过程的动力，测距仪18是在一次发射后的飞行过程中，测量与目标间的距离，测距仪18安装在A型小火箭6的内部；A型小火箭6数量一个；安装在火箭固定架5的A型固定环14和B型固定环15的中心；

所述B型小火箭7是微小型固体火药电点火火箭，包括固体小火箭和网收口装置17两部分，两部分都选用现有产品，固体小火箭提供第二次发射过程的动力，网收口装置17是在捕获到物体后，收卷网绳，实现柔性网11对物体的包覆，网收口装置17安装在B型小火箭7的内部。B型小火箭比A型小火箭小，其数量为四个分别安装固定在火箭固定架的A型固定环和B型固定环的外伸杆末端的圆弧形结构上。

工作流程可分为第一次发射、第二次发射和捕获与回收三个过程。

第一次发射过程中，首先是搜索捕获目标，在确定目标方位后，A型小火箭6点火，A型小火箭6的推力火箭固定架5及固定在其上的四个B型小火箭7沿着设定的方向飞出，B型小火箭7通过网角系绳15将柔性网11拉出，第一次发射过程中，发射约束环3保证了柔性网11维持束状，柔性网11和网中心系绳12拉出也就带动着滚筒2的滚动，滚筒2的阻尼保证了在飞行过程中网中心系绳12的张紧。在柔性网11完全脱离滚筒2时，第一次发射过程结束。

第二次发射过程中，安装在A型小火箭6内的测距仪18定时更新目标相对位置，在发射到离目标一定距离后，B型小火箭7点火，四个B型小火箭7以与A型小火箭6速度呈一定夹角的方向对称发射，B型小火箭7的飞离实现柔性网11的展开，如图6所示。至此，第二次发射过程结束。

最后一个过程捕获与回收是柔性网11附着目标，B型小火箭7中的网收口装置17实现柔性网11收缩，形成包覆，完成捕获。捕获目标在完成任务之后，滚筒2反向旋转通过网中心系绳12回收柔性网11。

Claims (3)

1.一种空间柔性网捕装置发射展开系统，它是由发射支架、滚筒、发射约束环、柔性网捕装置、火箭固定架、A型小火箭、B型小火箭组成；它们之间的位置连接关系是：滚筒装在发射支架的圆轴上，发射约束环组装在发射支架侧边的凸台上，A型小火箭和B型小火箭连接在火箭固定架中，而火箭固定架则安装在发射支架凸台的导槽内；

所述发射支架是框架式结构,包括底座、圆轴、凸台三个部分；底座是U型体，圆轴为实心圆柱体，固定在U型底座上，圆轴的功能是安装滚筒；凸台是长方体，其上表面有燕尾型导槽，安装在U型底座的侧边，凸台的功能是安装固定发射约束环和火箭固定架，同时凸台上的导槽也约束了A型小火箭初始速度的方向；

所述滚筒是中空的圆柱体，圆柱体两端有外凸缘，在滚筒的外圆柱表面上有螺旋槽；滚筒安装在发射支架的圆轴上，能旋转，其作用是在未发射时将柔性网和网中心系绳绕在圆柱面的螺旋槽内，在展开过程中，滚筒的转动释放柔性网，同时滚筒的阻尼效果保证了柔性网和网中心系绳在展开过程中保证其张紧状态；

所述发射约束环是一长端有圆孔的长方形板，发射约束环的另一长端则固定在发射支架的凸台上，发射约束环的功能是保证柔性网在第一次发射过程中柔性网沿着网角系绳发射方向保持束状，并由发射约束环的圆孔中飞出；

所述柔性网捕装置包括柔性网、网中心系绳、网角系绳三部分；柔性网是由柔性材料制成的平面正方形网，发射初始时，将柔性网从网面中心点拉出成束状，缠绕在滚筒的螺旋槽中；网中心系绳是始端连接在柔性网的中心点，末端与滚筒连接的绳索；发射初始时，网中心系绳缠绕在滚筒的螺旋槽内，其作用是在完成任务后牵引捕获到的目标运动，同时在发射过程中起到一定的阻尼作用；网角系绳是耐热材料制成的绳索，共有4根，其始端分别连接在柔性网四个角点上，其末端穿过发射约束环后，分别连接在四个B型小火箭上，其作用是在牵引柔性网的飞出和柔性网的第二次展开；

所述火箭固定架包括A型固定环、B型固定环和导轨三部分；A型固定环是中间圆环状，圆环状外圈有四根外伸杆，四根外伸杆成X形对称分布，四根外伸杆的末端有圆弧形结构；B型固定环结构与A型固定环类似，B型固定环与A型固定环的中心圆环尺寸相同，但B型固定环的X形杆长度小于比A型固定环的X形杆的长度，A型固定环和B型固定环连接A型小火箭和B型小火箭，并使其由A型固定环和B型固定环的中心圆环中穿过，B型小火箭固定在A型固定环和B型固定环的外伸杆末端的圆弧形结构上；该导轨为燕尾形，将A型固定环和B型固定环连接形成一体；该火箭固定架上的导轨配合安装在发射支架的凸台上的导槽内，使A型小火箭穿过A型固定环和B型固定环，按设定方向平直发射出去；

所述A型小火箭是微小型固体火药电点火火箭，包括固体小火箭和测距仪两部分；固体小火箭提供第一次发射过程的动力，测距仪是在一次发射后的飞行过程中，测量与目标间的距离，测距仪安装在A型小火箭的内部；A型小火箭数量一个；安装在火箭固定架的A型固定环和B型固定环的中心；

所述B型小火箭是微小型固体火药电点火火箭，包括固体小火箭和网收口装置两部分；固体小火箭提供第二次发射过程的动力，网收口装置是在捕获到物体后，收卷网绳，实现柔性网对物体的包覆，网收口装置安装在B型小火箭的内部；B型小火箭比A型小火箭小，其数量为四个，分别安装固定在火箭固定架的A型固定环和B型固定环的外伸杆末端的圆弧形结构上；

其工作流程是：发射控制器控制A型小火箭点火，A型小火箭牵引着四个B型小火箭沿着导轨发射，B型小火箭通过网角系绳将柔性网穿过发射约束环拉出，安装在A型小火箭头部的测距仪不断更新目标距离，在发射到离目标预定距离后，B型小火箭点火，以与A型小火箭速度呈预定夹角的方向发射，实现柔性网的展开，在完成任务之后，通过B型小火箭中的收口装置实现网口收缩、包覆，最后滚筒反向旋转回收柔性网。

2.根据权利要求1所述的一种空间柔性网捕装置发射展开系统，其特征在于：在所述柔性网捕装置中的柔性网是由柔性材料制成，该柔性材料是聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的一种空间柔性网捕装置发射展开系统，其特征在于：在所述柔性网捕装置中的网角系绳是由耐热材料制成，该耐热材料是聚α酰胺。