CN111017269B - 一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构 - Google Patents
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Abstract
本发明一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，包括：一个主腿(1)、两个副腿(2)与着陆盘(3)；主腿(1)一端的上接头与每个副腿(2)一端的上接头通过各自上设置的关节轴承与火箭箭体的安装座连接，主腿(1)和副腿(2)的上接头和下接头上均放置关节轴承；着陆盘(3)一侧上设置有转轴；主腿(1)另一端的下接头与每个副腿(2)另一端的下接头均通过各自上设置的关节轴承连接在着陆盘(3)上的同一根转轴上。着陆盘(3)另一侧设置橡胶缓冲垫，能够在火箭着陆缓时与地面缓冲接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，属于高轻质、高效率、操作性好的机械组合承载缓冲装置技术领域。
背景技术
运载火箭作为人类进入太空的主要工具，高昂发射费用限制了人类对太空开发和利用，运载火箭的一次性使用是导致发射成本高昂的主要原因。因此运载火箭的重复使用对于降低发射成本、提升人类进入太空能力具有十分重要意义。对于垂直往返重复使用运载火箭，着陆过程是运载火箭返回的最后一个步骤，也是火箭垂直返回技术总体方案中的关键。设计了一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，既能满足运载火箭返回稳定性的大跨距需求，又能提供运载火箭着陆良好着陆冲击环境，而且折叠功能优化了运载火箭垂直往返综合环境。
航天领域着陆缓冲结构多集中于月球或火星着陆器设计中，对应结构所能提供着陆支撑跨距较小，仅能满足登月器、火星车等低长细比结构稳定性需求。对于运载火箭高长细比结果着陆稳定性，跨距以往结构设计难以满足。同时，为满足运载火箭上升段良好的气动外形，着陆机构需具备折叠变形功能，且折叠后外形尽可能小，以降低对火箭上升段产生的附加阻力。目前相关重复使用运载火箭着陆缓冲结构已有专利多为概念方案型或局部小结构式设计等发明内容，尚无针对整体着陆缓冲机构方案详细的设计内容，或难以提供大跨距与高折叠变形比的设计内容。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，解决了运载火箭上升段对着陆机构折叠后整体气动外形小与返回着陆段着陆机构展开后状态提供跨距大的矛盾，同时解决了运载火箭姿态控制对四条腿展开同步性要求高的要求，实现了着陆缓冲机构整体承载能力大幅提升，稳定性可靠性极大提高。
本发明解决的技术方案为：一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，包括：一个主腿1、两个副腿2与着陆盘3；主腿1一端的上接头与每个副腿2一端的上接头通过各自上设置的关节轴承与火箭箭体的安装座连接；
主腿1和副腿2的上接头和下接头上均放置关节轴承；着陆盘3一侧上设置有转轴；主腿1另一端的下接头与每个副腿2另一端的下接头均通过各自上设置的关节轴承连接在着陆盘3上的同一根转轴上；
着陆盘3另一侧设置橡胶缓冲垫，能够在火箭着陆时与地面缓冲接触；
主腿1，包括：下接头1-1、缓冲腿1-2、一节腿1-3、二节腿1-4、三节腿1-5、四节腿1-6、上接头1-7、铝蜂窝柱1-8、抗剪块1-9、限位机构 1-10；
主腿1的下接头1-1与着陆盘3连接，上接头1-7用于与火箭箭体上设置的连接座连接，下接头1-1，包括：支撑段和连接段，支撑段与连接段相连；支撑段为圆柱形杆、连接段上设有能够安装关节轴承的孔，孔内装有关节轴承，陆盘3上的转轴穿过关节轴承，使关节轴承与着陆盘3上的转轴配合，实现等效球铰的连接形式；
缓冲腿1-2内填充铝蜂窝，填充的铝蜂窝为中空圆柱体形状，实现对重复使用火箭着陆过程中的缓冲吸能；
缓冲腿1-2的一端连接下接头1-1；缓冲腿1-2的另一端嵌套于一节腿 1-3的一端内；
一节腿1-3为中空结构，一节腿1-3的另一端嵌套于二节腿1-4的一端内，二节腿1-4的另一端嵌套于三节腿1-5的一端内，三节腿1-5的另一端嵌套于四节腿1-6的一端内；四节腿1-6的另一端连接上接头1-7；
一节腿1-3内靠近二节腿1-4处设置环形隔挡片；铝蜂窝柱1-8安装在一节腿1-3内，铝蜂窝柱1-8一端顶住环形隔挡片，另一端顶住缓冲腿1-2 嵌入一节腿1-3的另一端，起到着陆过程中缓冲腿1-2对火箭箭体的缓冲吸能。
优选的，主腿1和副腿2的上接头和下接头上均放置关节轴承，通过关节轴承与连接销的配合连接形式，实现等效球铰的运动形式。
优选的，二节腿1-4的一端设置两个半圆形挡环，两个半圆形挡环固定在二节腿1-4的一端的端头内壁；两个半圆形挡环共同形成一个圆形挡环，半圆形挡环的外壁与二节腿1-4的内壁配合；半圆形挡环的外壁沿周向设置多个条形槽、在二节腿1-4的一端上设置于多个条形槽位置对应的通槽；抗剪块1-9能够穿过二节腿1-4的一端上设置的通槽，插入对应的半圆形挡环上的条形槽中，通过条形槽内螺纹孔与抗剪块对应通孔之间通过螺栓连接，实现半圆挡环在二节腿1-4内部的位置固定，形成对二节腿1-4的另一端的约束，防止一节腿1-3的另一端从二节腿1-4的一端脱出。
优选的，三节腿1-5的一端设置两个半圆形挡环，两个半圆形挡环固定在三节腿1-5的一端的端头内壁；两个半圆形挡环共同形成一个圆形挡环，半圆形挡环的外壁与三节腿1-5的内壁配合；半圆形挡环的外壁沿周向设置多个条形槽、在三节腿1-5的一端上设置于多个条形槽位置对应的通槽；抗剪块1-9能够穿过三节腿1-5的一端上设置的通槽，插入对应的半圆形挡环上的条形槽中，通过条形槽内螺纹孔与抗剪块对应通孔之间通过螺栓连接，实现半圆挡环在三节腿1-5内部的位置固定，形成对三节腿1-5的另一端的约束，防止二节腿1-4的另一端从三节腿1-5的一端脱出。
优选的，四节腿1-6的一端设置两个半圆形挡环，两个半圆形挡环固定在四节腿1-6的一端的端头内壁；两个半圆形挡环共同形成一个圆形挡环，半圆形挡环的外壁与四节腿1-6的内壁配合；半圆形挡环的外壁沿周向设置多个条形槽、在四节腿1-6的一端上设置于多个条形槽位置对应的通槽；抗剪块1-9能够穿过四节腿1-6的一端上设置的通槽，插入对应的半圆形挡环上的条形槽中，通过条形槽内螺纹孔与抗剪块对应通孔之间通过螺栓连接，实现半圆挡环在四节腿1-6内部的位置固定，形成对四节腿1-6的另一端的约束，防止三节腿1-5的另一端从四节腿1-6的一端脱出。
优选的，一节腿1-3为中空圆柱形，与二节腿1-4连接的一端的外壁设置沿径向向外突起的环形凸起，环形凸起上设置两个凹槽，凹槽底部与一节腿1-3的中空部分连通；两个凹槽相对于一节腿1-3的中心轴线对称；二节腿1-4的一端与两个凹槽位置对应处设置有限位装置，在一节腿1-3完全伸出后，限位装置进入凹槽，卡住一节腿1-3，实现对一节腿1-3的限位。
优选的，二节腿1-4为中空圆柱形，与三节腿1-5连接的一端的外壁设置沿径向向外突起的环形凸起，环形凸起上设置两个凹槽，凹槽底部与二节腿1-4的中空部分连通；两个凹槽相对于二节腿1-4的中心轴线对称；三节腿1-5的一端与两个凹槽位置对应处设置有限位装置，在二节腿1-4完全伸出后，限位装置进入凹槽，卡住二节腿1-4，实现对二节腿1-4的限位。
优选的，三节腿1-5为中空圆柱形，与四节腿1-6连接的一端的外壁设置沿径向向外突起的环形凸起，环形凸起上设置两个凹槽，凹槽底部与三节腿1-5的中空部分连通；两个凹槽相对于三节腿1-5的中心轴线对称；三节腿1-5的一端与两个凹槽位置对应处设置有限位装置，在三节腿1-5完全伸出后，限位装置进入凹槽，卡住三节腿1-5，实现对三节腿1-5的限位。
优选的，铝蜂窝柱1-8强度按照着陆冲击载荷进行设计，强度一方面高于着陆腿常规操作载荷，具备缓冲腿1-2与一节腿1-3之间常规状态之间的约束作用，强度一方面要低于着陆腿着陆冲击载荷，在着陆冲击时提供塑性变形吸能功能实现缓冲吸能除缓冲腿1-2与一节腿1-3之间采用铝蜂窝柱 1-8轴向约束外，其余腿均采取逐级嵌套的设计方式，实现各腿之间伸缩功能，同时采取增设抗剪块1-9与限位机构1-10实现各腿之间展开后的轴向限位。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明为重复使用运载火箭返回着陆机构提供了一种可实现展开状态跨距大、折叠状态气动外形小的机构整体设计方案，不仅能降低运载火箭发射上升段着陆机构引入的气动阻力，而且能提高运载火箭返回着陆时的稳定性，降低对运载火箭返回对姿态控制与动力调节的要求，为重复使用运载火箭返回整体方案设计提供有益技术支撑。
(2)本发明采取榫锁式锁定承载机构设计形式，并在榫锁锁头处设计了滚珠结构。既实现了锁定结构在运载火箭返回着陆时候有效承载效果，又满足了榫锁锁头在着陆机构展开过程中的有效减阻作用。同时榫锁设计了复位口，能实现榫锁对着陆缓冲机构锁定与解锁的反复操作功能，提升了着陆机构整体可重复使用性能。
(3)本发明在连接处采用关节轴承+连接销的组合等效球铰设计方案实现了对应连接位置在空间角度上的可调节能力，同时在副腿两端与主腿一端处采用细牙螺纹连接方案，实现对应位置在长度上的可调节能力，以实现着陆缓冲结构对运载火箭箭体对应连接点在空间位置与角度偏差的调节能力，提高了着陆缓冲结构整体安装与调试操作性与适应性。
(4)本发明不仅通过在主腿采取嵌套式方案实现主腿伸缩功能，而且还在每节腿两端各放置聚四氟乙烯润滑环，实现对伸缩过程的减摩，降低摩擦力不确定性对四套着陆缓冲机构展开一致性的影响，减少展开过程中由着陆缓冲结构展开不一致性对运载火箭姿态的影响。
(5)本发明针对重复使用运载火箭垂直往返的着陆缓冲结构，它能够满足火箭高细长箭体结构着陆时需提高稳定性对着陆结构展开大跨距支撑需求，又能具备折叠收拢功能以提供火箭发射上升段良好气动外形，同时本发明优选的榫锁锁定方案、双向复合润滑导向方案、以及铝蜂窝缓冲吸能等设计形式也保证了本结构在展开、锁定、缓冲等关键动作执行的高可靠性。
附图说明
图1为大跨距可折叠着陆缓冲结构与火箭箭体连接示意图
图2为大跨距可折叠着陆缓冲结构展开状态示意图；
图3为大跨距可折叠着陆缓冲结构收拢状态示意图；
图4为主腿组成部分示意图右与剖面视图左；
图5为榫锁功能示意图；
图6为榫锁组成部分示意图；
图7为二节腿组成部分示意图；
图8为副腿组成部分示意图左与剖面视图右；
图9为着陆盘组成部分示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，包括：一个主腿1、两个副腿2与着陆盘3；主腿1一端的上接头与每个副腿2一端的上接头通过各自上设置的关节轴承与火箭箭体的安装座连接，主腿1和副腿 2的上接头和下接头上均放置关节轴承；着陆盘3一侧上设置有转轴；主腿 1另一端的下接头与每个副腿2另一端的下接头均通过各自上设置的关节轴承连接在着陆盘3上的同一根转轴上。如图9所示，着陆盘3另一侧设置橡胶缓冲垫，能够在火箭着陆缓时与地面缓冲接触。
本发明解决了以往运载火箭的着陆问题，以往运载火箭均为一次性发射，火箭不可重复使用是其发射成本居高不下的主要原因。为降低运载火箭发射成本，需实现运载火箭多次使用，对应运载火箭返回着陆即成为重复使用运载火箭的关键技术。由于运载火箭多为高细长结构，为保证其安全返回着陆，需在以往运载火箭结构上增加着陆缓冲机构。如图1所示，在火箭箭体下端每个象限处均安装着陆缓冲结构，缓冲结构上端与箭体对应接头连接。通过着陆缓冲结构，可实现运载火箭返回着陆支撑结构的提升，提高整体结构返回着陆稳定性。同时在着陆缓冲结构中放置缓冲吸能装置，可进一步改善运载火箭返回着陆的载荷环境。
如图2、图3所示，一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，其特征在于包括：一个主腿1、两个副腿2与着陆盘3；主腿1一端的上接头与每个副腿2一端的上接头通过各自上设置的关节轴承与火箭箭体的安装座连接。主腿1和副腿2的上接头和下接头上均放置关节轴承；着陆盘3 一侧上设置有转轴；主腿1另一端的下接头与每个副腿2另一端的下接头均通过各自上设置的关节轴承连接在着陆盘3上的同一根转轴上。
如图4所示，主腿1由下接头1-1、缓冲腿1-2、一节腿1-3、二节腿 1-4、三节腿1-5、四节腿1-6、上接头1-7、铝蜂窝柱1-8、抗剪块1-9、限位机构1-10组成。下接头1-1用于主腿1一端与着陆盘连接3，上接头 1-7用于主腿1另一端与火箭箭体上的基座连接，接头处均放置关节轴承。缓冲腿1-2内填充铝蜂窝，填充的铝蜂窝为中空圆柱体形状，实现对重复使用火箭着陆过程中的缓冲吸能；缓冲腿1-2的一端连接下接头1-1；缓冲腿 1-2的另一端嵌套于一节腿1-3的一端内；
一节腿1-3为中空结构，一节腿1-3的另一端嵌套于二节腿1-4的一端内，二节腿1-4的另一端嵌套于三节腿1-5的一端内，三节腿1-5的另一端嵌套于四节腿1-6的一端内；四节腿1-6的另一端连接上接头1-7；
一节腿1-3内靠近二节腿1-4处设置环形隔挡片；铝蜂窝柱1-8安装在一节腿1-3内，铝蜂窝柱1-8一端顶住环形隔挡片，另一端顶住缓冲腿1-2 嵌入一节腿1-3的另一端，起到着陆过程中缓冲腿1-2对火箭箭体的缓冲吸能；
二节腿1-4的一端设置两个半圆形挡环，两个半圆形挡环固定在二节腿 1-4的一端的端头内壁；两个半圆形挡环共同形成一个圆形挡环，半圆形挡环的外壁与二节腿1-4的内壁配合；半圆形挡环的外壁沿周向设置多个条形槽、在二节腿1-4的一端上设置于多个条形槽位置对应的通槽；抗剪块1-9 能够穿过二节腿1-4的一端上设置的通槽，插入对应的半圆形挡环上的条形槽中，通过条形槽内螺纹孔与抗剪块对应通孔之间通过螺栓连接，实现半圆挡环在二节腿1-4内部的位置固定，形成对二节腿1-4的另一端的约束，防止一节腿1-3的另一端从二节腿1-4的一端脱出。
三节腿1-5的一端设置两个半圆形挡环，两个半圆形挡环固定在三节腿 1-5的一端的端头内壁；两个半圆形挡环共同形成一个圆形挡环，半圆形挡环的外壁与三节腿1-5的内壁配合；半圆形挡环的外壁沿周向设置多个条形槽、在三节腿1-5的一端上设置于多个条形槽位置对应的通槽；抗剪块1-9 能够穿过三节腿1-5的一端上设置的通槽，插入对应的半圆形挡环上的条形槽中，通过条形槽内螺纹孔与抗剪块对应通孔之间通过螺栓连接，实现半圆挡环在三节腿1-5内部的位置固定，形成对三节腿1-5的另一端的约束，防止二节腿1-4的另一端从三节腿1-5的一端脱出。
四节腿1-6的一端设置两个半圆形挡环，两个半圆形挡环固定在四节腿 1-6的一端的端头内壁；两个半圆形挡环共同形成一个圆形挡环，半圆形挡环的外壁与四节腿1-6的内壁配合；半圆形挡环的外壁沿周向设置多个条形槽、在四节腿1-6的一端上设置于多个条形槽位置对应的通槽；抗剪块1-9 能够穿过四节腿1-6的一端上设置的通槽，插入对应的半圆形挡环上的条形槽中，通过条形槽内螺纹孔与抗剪块对应通孔之间通过螺栓连接，实现半圆挡环在四节腿1-6内部的位置固定，形成对四节腿1-6的另一端的约束，防止三节腿1-5的另一端从四节腿1-6的一端脱出。
一节腿1-3为中空圆柱形，与二节腿1-4连接的一端的外壁设置沿径向向外突起的环形凸起，环形凸起上设置两个凹槽，凹槽底部与一节腿1-3的中空部分连通；两个凹槽相对于一节腿1-3的中心轴线对称；二节腿1-4的一端与两个凹槽位置对应处设置有限位机构1-10，在一节腿1-3完全伸出后，限位机构1-10进入凹槽，卡住一节腿1-3，实现对一节腿1-3的限位。
二节腿1-4为中空圆柱形，与三节腿1-5连接的一端的外壁设置沿径向向外突起的环形凸起，环形凸起上设置两个凹槽，凹槽底部与二节腿1-4的中空部分连通；两个凹槽相对于二节腿1-4的中心轴线对称；三节腿1-5的一端与两个凹槽位置对应处设置有限位机构1-10，在二节腿1-4完全伸出后，限位机构1-10进入凹槽，卡住二节腿1-4，实现对二节腿1-4的限位。
三节腿1-5为中空圆柱形，与四节腿1-6连接的一端的外壁设置沿径向向外突起的环形凸起，环形凸起上设置两个凹槽，凹槽底部与三节腿1-5的中空部分连通；两个凹槽相对于三节腿1-5的中心轴线对称；三节腿1-5的一端与两个凹槽位置对应处设置有限位机构1-10，在三节腿1-5完全伸出后，限位机构1-10进入凹槽，卡住三节腿1-5，实现对三节腿1-5的限位。
铝蜂窝柱1-8强度按照着陆冲击载荷进行设计，强度一方面高于着陆腿常规操作载荷，具备缓冲腿1-2与一节腿1-3之间常规状态之间的约束作用，强度一方面要低于着陆腿着陆冲击载荷，在着陆冲击时提供塑性变形系能功能实现缓冲系能。除缓冲腿1-2与一节腿1-3之间采用铝蜂窝柱1-8轴向约束外，其余腿均采取逐级嵌套的设计方式，实现各腿之间伸缩功能，同时采取增设抗剪块1-9与榫锁实现各腿之间展开后的轴向限位。
限位机构1-10基于榫锁思想设计为如图5所示，利用两根弹簧同时作用于两个限位机构1-10内侧，当节腿未展开到位时，利用上节腿内壁对限制装置施加外部径向约束。当展开到位时，限制装置在弹簧作用力下进入上节腿内壁卡槽内，实现对本节腿与上节腿之间的轴向约束。上节腿内壁卡槽与当节腿凹槽对限位机构1-10共同轴向约束不仅实现了着陆缓冲结构展开限位作用，也可实现着陆冲击过程中载荷在各节腿之间的有效传递。
如图6所示，榫锁式限位机构1-10由1个榫锁头1-11,12颗滚珠1-12， 12个滚珠限位块1-13，2个导向柱头1-15组成。榫锁头1-11为主要锁定承载功能部件，用于对当前腿与上节腿之间的限位与载荷传递功能。12 个滚珠1-12通过12个滚珠限位块1-13固定与榫锁头1-11外侧壁处。滚珠1-12可进一步降低弹簧力作用下榫锁头与上节腿内壁之间的摩擦力，提高着陆缓冲结构展开过程中的同步性。榫锁头1-11内侧与导向柱头1-15连接，改善对应连接弹簧作用环境。榫锁头开支复位工装孔1-14，以提供工装安装操作接口，实现通过工装将榫锁压紧放置的目的。
铝蜂窝柱1-8强度按照着陆冲击载荷进行设计，强度一方面高于着陆腿常规操作载荷，具备缓冲腿1-2与一节腿1-3之间常规状态之间的约束作用，强度一方面要低于着陆腿着陆冲击载荷，在着陆冲击时提供塑性变形系能功能实现缓冲系能。除缓冲腿1-2与一节腿1-3之间采用铝蜂窝柱1-8轴向约束外，其余腿均采取逐级嵌套的设计方式，实现各腿之间伸缩功能，同时采取增设抗剪块1-9与榫锁实现各腿之间展开后的轴向限位。
如图7所示，一节腿1-3、二节腿1-4、三节腿1-5、四节腿1-6不仅通过嵌套实现伸缩，还通过支撑润滑环实现减阻。以二节腿1-4为例，在二节腿的一端端头内壁设置内支撑润滑环1-4-1，另一端的端头外壁与外支撑润滑环1-4-2，支撑润滑环1-4-1、外支撑润滑环1-4-2采用聚四氟乙烯，以实现当任一节腿与前后节腿之间的前后支撑润滑作用，在具备各节腿伸缩导向的功能同时，降低各节腿之间伸缩阻力偏差，提高产品伸缩功能的一致性和稳定性。
如图8所示，副腿2由上接头2-1,副腿主管2-2,下接头2-3组成。上接头2-1接头与副腿主管2-2一端之间采用螺纹连接，下接头2-3与副腿主管2-2另一端之间也采用螺纹连接，以实现接头与主管装配体整体抗压与抗拉双向承载能力。上接头2-1采取偏心设计，以实现两个副腿上端与火箭箭体连接处对应的转轴中心线空间不仅与地面平行，而且共线，实现着陆机构展开与收拢过程中，两副腿之间相对位置固定。球铰连接形式可避免连接处传递弯矩，改善结构整体载荷环境。
着陆缓冲结构各接头处通过关节轴承+连接销的形式实现等效小角度球铰。以副腿2的上接头2-1为例，如图8所示。在上接头2-1按开制圆柱孔，用于安装关节轴承2-5。在关节轴承2-5两侧对应位置上接头2-1圆柱孔内另开制两处环槽，用于安装限位卡环2-7，以实现对关节轴承的位置约束。限位卡环2-7的约束方式，提升了整体装配的便捷性，以及关节轴承更换的可操作性。关节轴承2-5安装后，插入连接销2-4实现副腿与箭体基座之间的连接。连接销2-4一端设计更宽的销头，另一端设计螺纹用于连接后与紧固螺母2-6连接。由于关节轴承2-5内外环之间具备两个小于六度的空间转动自由度，加上连接销2-4与关节轴承2-5内环具备另一个转动自由度，故通过关节轴承2-5与连接销2-4组合形式形成了等效小角度球铰形式。不仅避免了连接处的弯矩载荷环境，而且相对传统球铰设计形式大大降低结构生产与装配难度。
如图8所示，橡胶缓冲垫3-1采取橡胶整体成型通过胶粘形式与金属接头3-2的一侧进行连接。橡胶缓冲垫3-1采取球头与平板空间过渡几何形式设计，球头形式优化了着陆过程中对着陆面的冲击力，降低了对运载火箭着陆场的要求，平板与金属接头3-2下端平面有效面接触，提高了胶粘形式二者之间的连接强度。连接转轴3-3用于着陆盘与主腿下接头与副腿下接头的连接。
本发明优选是由可伸缩主腿机构、副腿结构、着陆盘之间通过关节轴承与连接销组合式连接实现可折叠大跨距的着陆缓冲结构，同时主腿内部的榫锁式限位结构与铝蜂窝缓冲设计能实现展开时着陆缓冲结构整体的承载可靠性与缓冲吸能作用。主腿在实现各子节腿可伸缩、限位与锁定功能同时，还设计了内外润滑支撑环提高着陆腿展开过程中一致性与稳定性，降低了各级子腿之间展开过程中的摩擦影响。因此，着陆缓冲结构主腿伸缩、限位、润滑导向、缓冲与锁定结构设计，以及副腿与着陆盘承载优化结构方案设计是本发明的基本单元。
实际装配着陆腿时，先将两副腿2分别与火箭箭体对应连接处连接，在通过副腿2上下接头螺纹连接形式针对各零件实际尺寸公差进行副腿整体尺寸调节。两副腿整体尺寸调节后，与着陆盘3进行连接，以实现着陆腿整体空间尺寸的固定。而后将主腿1设置为展开锁定状态，上下接头分别与箭体对应连接处以及着陆盘进行连接。先进行上接头与箭体连接，后通过下接头螺纹可调节功能适应性与着陆盘连接。主腿1、副腿2与着陆盘3均连接后，对主腿1进行解锁，实现着陆腿的折叠收拢功能。
限位机构1-10在主腿参与整体缓冲机构装配前进行安装。先将各限位机构1-10按图6装配完成后，在两个限位装置之间安装弹簧，通过工装孔借助工装压紧弹簧，放入主腿内。放入后再通过对应操作口解除取走工装。
设计过程中主腿各节腿嵌套关系采取间隙嵌套设计，直径差控制在2-3 毫米内，符合我国现有对应结构精度保证能力。通过聚四氟乙烯环的安装，不仅实现各节腿之间的减摩，而且也能实现通过聚四氟乙烯填充各节腿之间的间隙，提供整体刚度。关节轴承选用采取我国常用关节轴承的不大于6度的转角能力，满足着陆缓冲机构整体累计偏差角度需求小于2度的要求。关节轴承对应安装孔采取基孔制与标准要求公差配合。
基于本发明设计方案，已完成对应真实产品的生产与试验测试工作。四套着陆缓冲机构展开时间的相对误差小于0.3秒，对应缓冲能力可实现运载火箭箭体着陆冲击小于6个g，大幅改善了运载火箭箭体着陆环境。
Claims (9)
1.一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，其特征在于包括：一个主腿(1)、两个副腿(2)与着陆盘(3)；主腿(1)一端的上接头与每个副腿(2)一端的上接头通过各自上设置的关节轴承与火箭箭体的安装座连接，
主腿(1)和副腿(2)的上接头和下接头上均放置关节轴承；着陆盘(3)一侧上设置有转轴；主腿(1)另一端的下接头与每个副腿(2)另一端的下接头均通过各自上设置的关节轴承连接在着陆盘(3)上的同一根转轴上；
着陆盘(3)另一侧设置橡胶缓冲垫，能够在火箭着陆时与地面缓冲接触；
主腿(1)，包括：下接头(1-1)、缓冲腿(1-2)、一节腿(1-3)、二节腿(1-4)、三节腿(1-5)、四节腿(1-6)、上接头(1-7)、铝蜂窝柱(1-8)、抗剪块(1-9)、限位机构(1-10)；
主腿(1)的下接头(1-1)与着陆盘(3)连接，上接头(1-7)用于与火箭箭体上设置的连接座连接，下接头(1-1)，包括：支撑段和连接段，支撑段与连接段相连；支撑段为圆柱形杆、连接段上设有能够安装关节轴承的孔，孔内装有关节轴承，着陆盘(3)上的转轴穿过关节轴承，使关节轴承与着陆盘(3)上的转轴配合，实现等效球铰的连接形式；
缓冲腿(1-2)内填充铝蜂窝，填充的铝蜂窝为中空圆柱体形状，实现对重复使用火箭着陆过程中的缓冲吸能；
缓冲腿(1-2)的一端连接下接头(1-1)；缓冲腿(1-2)的另一端嵌套于一节腿(1-3)的一端内；
一节腿(1-3)为中空结构，一节腿(1-3)的另一端嵌套于二节腿(1-4)的一端内，二节腿(1-4)的另一端嵌套于三节腿(1-5)的一端内，三节腿(1-5)的另一端嵌套于四节腿(1-6)的一端内；四节腿(1-6)的另一端连接上接头(1-7)；
一节腿(1-3)内靠近二节腿(1-4)处设置环形隔挡片；铝蜂窝柱(1-8)安装在一节腿(1-3)内，铝蜂窝柱(1-8)一端顶住环形隔挡片，另一端顶住缓冲腿(1-2)嵌入一节腿(1-3)的另一端，起到着陆过程中缓冲腿(1-2)对火箭箭体的缓冲吸能。
2.根据权利要求1所述的一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，其特征在于：主腿(1)和副腿(2)的上接头和下接头上均放置关节轴承，通过关节轴承与连接销的配合连接形式，实现等效球铰的运动形式。
3.根据权利要求1所述的一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，其特征在于：二节腿(1-4)的一端设置两个半圆形挡环，两个半圆形挡环固定在二节腿(1-4)的一端的端头内壁；两个半圆形挡环共同形成一个圆形挡环，半圆形挡环的外壁与二节腿(1-4)的内壁配合；半圆形挡环的外壁沿周向设置多个条形槽、在二节腿(1-4)的一端上设置于多个条形槽位置对应的通槽；抗剪块(1-9)能够穿过二节腿(1-4)的一端上设置的通槽，插入对应的半圆形挡环上的条形槽中，通过条形槽内螺纹孔与抗剪块对应通孔之间通过螺栓连接，实现半圆挡环在二节腿(1-4)内部的位置固定，形成对二节腿(1-4)的另一端的约束，防止一节腿(1-3)的另一端从二节腿(1-4)的一端脱出。
4.根据权利要求1所述的一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，其特征在于：三节腿(1-5)的一端设置两个半圆形挡环，两个半圆形挡环固定在三节腿(1-5)的一端的端头内壁；两个半圆形挡环共同形成一个圆形挡环，半圆形挡环的外壁与三节腿(1-5)的内壁配合；半圆形挡环的外壁沿周向设置多个条形槽、在三节腿(1-5)的一端上设置于多个条形槽位置对应的通槽；抗剪块(1-9)能够穿过三节腿(1-5)的一端上设置的通槽，插入对应的半圆形挡环上的条形槽中，通过条形槽内螺纹孔与抗剪块对应通孔之间通过螺栓连接，实现半圆挡环在三节腿(1-5)内部的位置固定，形成对三节腿(1-5)的另一端的约束，防止二节腿(1-4)的另一端从三节腿(1-5)的一端脱出。
5.根据权利要求1所述的一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，其特征在于：四节腿(1-6)的一端设置两个半圆形挡环，两个半圆形挡环固定在四节腿(1-6)的一端的端头内壁；两个半圆形挡环共同形成一个圆形挡环，半圆形挡环的外壁与四节腿(1-6)的内壁配合；半圆形挡环的外壁沿周向设置多个条形槽、在四节腿(1-6)的一端上设置于多个条形槽位置对应的通槽；抗剪块(1-9)能够穿过四节腿(1-6)的一端上设置的通槽，插入对应的半圆形挡环上的条形槽中，通过条形槽内螺纹孔与抗剪块对应通孔之间通过螺栓连接，实现半圆挡环在四节腿(1-6)内部的位置固定，形成对四节腿(1-6)的另一端的约束，防止三节腿(1-5)的另一端从四节腿(1-6)的一端脱出。
6.根据权利要求1所述的一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，其特征在于：一节腿(1-3)为中空圆柱形，与二节腿(1-4)连接的一端的外壁设置沿径向向外突起的环形凸起，环形凸起上设置两个凹槽，凹槽底部与一节腿(1-3)的中空部分连通；两个凹槽相对于一节腿(1-3)的中心轴线对称；二节腿(1-4)的一端与两个凹槽位置对应处设置有限位装置，在一节腿(1-3)完全伸出后，限位装置进入凹槽，卡住一节腿(1-3)，实现对一节腿(1-3)的限位。
7.根据权利要求1所述的一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，其特征在于：二节腿(1-4)为中空圆柱形，与三节腿(1-5)连接的一端的外壁设置沿径向向外突起的环形凸起，环形凸起上设置两个凹槽，凹槽底部与二节腿(1-4)的中空部分连通；两个凹槽相对于二节腿(1-4)的中心轴线对称；三节腿(1-5)的一端与两个凹槽位置对应处设置有限位装置，在二节腿(1-4)完全伸出后，限位装置进入凹槽，卡住二节腿(1-4)，实现对二节腿(1-4)的限位。
8.根据权利要求1所述的一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，其特征在于：三节腿(1-5)为中空圆柱形，与四节腿(1-6)连接的一端的外壁设置沿径向向外突起的环形凸起，环形凸起上设置两个凹槽，凹槽底部与三节腿(1-5)的中空部分连通；两个凹槽相对于三节腿(1-5)的中心轴线对称；三节腿(1-5)的一端与两个凹槽位置对应处设置有限位装置，在三节腿(1-5)完全伸出后，限位装置进入凹槽，卡住三节腿(1-5)，实现对三节腿(1-5)的限位。
9.根据权利要求1所述的一种大跨距、可折叠的重复使用火箭着陆缓冲结构，其特征在于：铝蜂窝柱(1-8)强度按照着陆冲击载荷进行设计，强度一方面高于着陆腿常规操作载荷，具备缓冲腿(1-2)与一节腿(1-3)之间常规状态之间的约束作用，强度一方面要低于着陆腿着陆冲击载荷，在着陆冲击时提供塑性变形吸能功能实现缓冲吸能除缓冲腿(1-2)与一节腿(1-3)之间采用铝蜂窝柱(1-8)轴向约束外，其余腿均采取逐级嵌套的设计方式，实现各腿之间伸缩功能，同时采取增设抗剪块(1-9)与限位机构(1-10)实现各腿之间展开后的轴向限位。
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