CN115675944B - 一种锁瓣式发动机喷管捕获释放机构及捕获释放方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锁瓣式发动机喷管捕获释放机构及方法，包括：捕获锁组件，能够插入到发动机喷管中，捕获锁组件包括：捕获导杆、锁瓣、推杆和弹性件；捕获导杆具有供锁瓣穿过的通孔，锁瓣的一端通过回转轴铰接在捕获导杆中，锁瓣的另一端突出通孔；推杆带动锁瓣沿回转轴转动，实现锁瓣的收拢；弹性件抵接在锁瓣的端部，当锁瓣受外力向内收拢时，推动弹性件压缩储能，当锁瓣不受外力时，弹性件作为开锁动力推动锁瓣展开；展收组件，与捕获锁组件连接，展收组件伸缩带动捕获锁组件移动；定位组件，固定设置在展收组件的端部，定位组件与发动机喷管内端面抵接，对发动机喷管进行支撑找平处理。本发明采用自锁结构被动的锁紧方式，提高捕获的可靠性。

Description

一种锁瓣式发动机喷管捕获释放机构及捕获释放方法

技术领域

本发明涉及飞行器捕获技术领域，尤其是指一种锁瓣式发动机喷管捕获释放机构及捕获释放方法。

背景技术

随着空间在轨飞行器数量的日益增多，对寿命末期飞行器的接管、辅助离轨等需求也逐渐增多，为实现对在轨合作目标星的迅速识别、捕获救援及连接的需求，并避免捕获过程中对目标星造成刚性损伤、目标星与任务星产生撞击等情况的发生，需要设计以柔性捕获杆喉颈插入膨胀锁定方式捕获的捕获释放机构，以其自身柔韧性对在轨捕获目标进行快速、稳定抓捕。

现有的捕获机构大多采用对接捕获或锁套捕获的方式，例如：公开号：CN110217410A，发明名称：一种对接环捕获锁紧机构及捕获锁紧方法的中国专利，通过至少3个抓捕手对对接环进行捕获锁紧，对其对接接口无特定要求，但实现技术难度大，且捕获机构结构复杂、体积尺寸大、质量大，系统控制方式复杂，无法满足轻量型空间抓捕机构的需求；再例如：公开号：CN113895662A，发明名称：一种失效卫星捕获对接装置及方法的中国专利，采用套索捕获机构完成对目标星的捕获，然后带动被捕获的目标星靠近任务星，通过缓冲对接锁定机构实现任务星与目标星的对接，但是在实际的捕获过程中，并不是所有的目标飞行器都具备与套索配合的捕获部位，该方法和装置通用性较差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中飞行器捕获过程中存在的问题，提供一种锁瓣式发动机喷管捕获释放机构及捕获释放方法，对发动机喷管进行捕获，适用于大多数的飞行器，适应性广，并且，采用自锁结构，在捕获锁组件插入到发动机喷管中后，实现与发动机喷管的自锁定，捕获锁组件采用被动的锁紧方式，不用主动判断锁定的时机，提高捕获的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种锁瓣式发动机喷管捕获释放机构，包括：

捕获锁组件，能够插入到发动机喷管中，所述捕获锁组件包括：捕获导杆、锁瓣、推杆和弹性件；

所述捕获导杆具有供所述锁瓣穿过的通孔，所述锁瓣的一端通过回转轴铰接在所述捕获导杆中，所述锁瓣的另一端突出所述通孔；

所述推杆带动所述锁瓣沿回转轴转动，实现锁瓣的收拢；

所述弹性件抵接在所述锁瓣的端部，当所述锁瓣受外力向内收拢时，推动所述弹性件压缩储能，当所述锁瓣不受外力时，所述弹性件作为开锁动力推动所述锁瓣展开；

展收组件，与所述捕获锁组件连接，所述展收组件伸缩带动所述捕获锁组件移动；

定位组件，固定设置在所述展收组件的端部，所述定位组件与所述发动机喷管内端面抵接，对所述发动机喷管进行支撑找平处理。

在本发明的一个实施例中，在所述回转轴上铰接有两片对称设置的锁瓣，两片锁瓣相向突出于所述捕获导杆。

在本发明的一个实施例中，所述锁瓣具有受力弧面和支撑弧面，所述受力弧面的曲率中心在所述回转轴的内侧，当受力弧面受力时，形成的力矩推动锁瓣处于收拢的状态，所述支撑弧面的曲率中心在所述回转轴的外侧，当支撑弧面受力时，形成的力矩推动锁瓣处于展开的状态。

在本发明的一个实施例中，所述推杆的一端设置有带动所述推杆移动的驱动源，所述推杆的另一端设置有插入到锁瓣中的推拉销，所述驱动源通过所述推杆带动所述推拉销移动，通过所述推拉销带动所述锁瓣收拢。

在本发明的一个实施例中，在所述捕获导杆的端部还设置有弧形导向头。

在本发明的一个实施例中，所述展收组件包括：

外套筒；

伸缩管，设置在外套筒中；

丝杠传动装置，设置在所述伸缩管的一端，带动所述伸缩管沿所述外套筒的轴向延伸方向相对于所述外套筒伸缩移动；

转接头，设置在所述伸缩管的端头部，通过所述转接头与所述捕获锁组件连接。

在本发明的一个实施例中，所述伸缩管为半刚性管，所述伸缩管能够柔性形变。

在本发明的一个实施例中，所述定位组件包括：

锥面支撑架，设置在所述展收组件的外套筒的端部；

滚轮支架，与所述锥面支撑架连接，在所述滚轮支架上设置有突出于所述锥面支撑架的滚轮；

定位弹簧，缠绕在所述外套筒外，所述定位弹簧的端面抵接在所述锥面支撑架上。

在本发明的一个实施例中，还包括支撑架，所述展收组件设置在所述支撑架中。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种锁瓣式发动机喷管捕获释放方法，采用上述锁瓣式发动机喷管捕获释放机构实现，包括以下步骤：

S1、展收组件带动捕获锁组件向待捕获目标移动，使捕获锁组件插入到待捕获目标的发动机喷管中，在插入的过程中，捕获锁组件与发动机喷管相对速度碰撞，通过发动机喷管向锁瓣施加推动其收拢的压力，使锁瓣穿过发动机喷管，利用弹性件压缩储能作为锁瓣展开的驱动力，当锁瓣穿过发动机喷管后，弹性件推动锁瓣展开；

S2、展收组件带动已捕获的目标收拢移动，使发动机喷管内壁抵接在定位组件上，通过滚轮对发动机喷管端面进行支撑找平，发动机喷管压缩定位组件中的定位弹簧，消除与目标星的姿态角偏差；

S3、控制捕获锁组件中的推杆带动锁瓣沿回转轴转动，实现锁瓣的收拢，当锁瓣收拢到位后，展收组件带动捕获锁组件从目标的发动机喷管中抽出，实现与目标的释放分离。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的锁瓣式发动机喷管捕获释放机构，设置展收组件带动捕获锁组件，实现对目标星的捕获、收拢、释放，在捕获的过程中通过定位组件对目标星进行定位，从而实现任务星与目标星之间的精准对接，并且，设置捕获锁组件的锁瓣具备自锁的功能，锁瓣在受外力作用下收拢的同时，通过压缩弹性件进行储能，在锁瓣不受外力的时候，弹性件为锁瓣提供展开的驱动力，保证捕获的稳定性和实时性；

本发明所述的锁瓣式发动机喷管捕获释放方法，通过展收组件带动捕获锁组件插入到发动机喷管中，在插入到发动机喷管的过程中，发动机喷管会抵压锁瓣，向锁瓣施加收拢的作用力，在这个作用力推动下，锁瓣收拢，允许捕获锁组件进入到发动机喷管中，同时压缩弹性件储能，当捕获锁组件进入到发动机喷管后，锁瓣不再受到发动机喷管的抵压，储能的弹性件将立刻推动锁瓣展开，从而卡接在发动机喷管上，实现对发动机喷管的捕获，整个捕获过程锁瓣都是被动的运动，不需要主动控制锁瓣运动，不用主动判断捕获的时机，这样就能够保证捕获的及时性和稳定性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的锁瓣式发动机喷管捕获释放机构的整体结构示意图；

图2是本发明的捕获锁组件的结构示意图；

图3是本发明的捕获锁组件的内部结构示意图；

图4是本发明的锁瓣的结构示意图；

图5是本发明的展收组件的结构示意图；

图6是本发明的展收组件的内部结构示意图；

图7是本发明的定位组件的结构示意图；

图8是本发明的锁瓣式发动机喷管捕获释放方法的步骤流程图；

图9是本发明的锁瓣式发动机喷管捕获释放与发动机喷管对接的结构示意图。

说明书附图标记说明：1、捕获锁组件；11、捕获导杆；12、锁瓣；121、受力弧面；122、支撑弧面；13、推杆；14、弹性件；15、回转轴；16、驱动源；17、推拉销；18、弧形导向头；19、弹簧帽；2、展收组件；21、外套筒；22、伸缩管、23、转接头；24、丝杠；25、丝母；26、传动齿轮组；27、导向杆；3、定位组件；31、锥面支撑架；32、滚轮支架；33、滚轮；34、定位弹簧；4、支撑架；5、发动机喷管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

参照图1所示，本发明公开了一种锁瓣式发动机喷管5捕获释放机构，包括：捕获锁组件1、展收组件2和定位组件3，其中，所述展收组件2具备一定的伸缩功能，所述展收组件2包括固定部分和伸展部分，所述捕获锁组件1设置在伸展部分的端部，由展收组件2的伸展部分带动移动，所述定位组件3设置在固定部分的端部，所述定位组件3相对于所述展收组件2位置固定，在对目标星捕获的过程中，通过展收组件2带动捕获锁组件1向目标星移动，通过捕获锁组件1实现对目标星的捕获、收拢、释放，在捕获锁组件1捕获目标星后，在通过展收组件2完成收拢的动作，使目标星靠近任务星移动，在收拢的过程中，所述定位组件3与所述发动机喷管5内端面抵接，对所述发动机喷管5进行支撑找平处理，通过定位组件3对目标星进行定位，从而实现任务星与目标星之间的精准对接。

参照图2和图3所示，在本实施例中，设置所述捕获锁组件1能够插入到发动机喷管5中，所述捕获锁组件1包括：捕获导杆11、锁瓣12、推杆13和弹性件14，所述捕获导杆11上设置有供所述锁瓣12穿过的通孔，所述锁瓣12的一端通过回转轴15铰接在所述捕获导杆11中，所述锁瓣12的另一端突出所述通孔；所述推杆13带动所述锁瓣12沿回转轴转动，实现锁瓣12的收拢动作；所述弹性件14抵接在所述锁瓣12的端部，当所述锁瓣12受外力向内收拢时，推动所述弹性件14压缩储能，当所述锁瓣12不受外力时，所述弹性件14作为开锁动力推动所述锁瓣12展开，本实施例的捕获锁组件1具备具备主动解锁和被动自锁的功能，锁瓣12在受外力作用下收拢的同时，通过压缩弹性件14进行储能，在锁瓣12不受外力的时候，弹性件14为锁瓣12提供展开的驱动力，保证捕获的稳定性和实时性。

具体地，在本实施例中，为了保证捕获锁组件1能够稳定的卡接在发动机喷管5中，仅通过一片锁瓣12很难固定所述捕获锁组件1，为此，在所述回转轴15上铰接有两片对称设置的锁瓣12，两片锁瓣12相向突出于所述捕获导杆11，两个锁瓣12在捕获导杆11中呈180°向外展开，能够共同卡接在发动机喷管5的内壁上，在发动机喷管5的内壁上形成两个支点，使锁瓣12相对于发动机喷管5的支撑更加稳固，并且，通过一个回转轴15同步带动两个锁瓣12动作，实现对锁瓣12的统一控制。

具体地，所述推杆13的一端设置有带动所述推杆13移动的驱动源16，在本实施例中设置所述驱动源16为电磁铁，通过控制电磁铁的通断控制带动所述推杆13移动，所述推杆13的另一端设置有插入到锁瓣12中的推拉销17，在所述锁瓣12中设置有推拉销滑槽，所述驱动源16通过所述推杆13带动所述推拉销17移动，通过所述推拉销17带动所述锁瓣12以回转轴15为中心转动，实现锁瓣12的收拢动作。

具体地，在所述捕获导杆11的端部还设置有弧形导向头18，通过弧形导向头18将捕获导杆11引入到发动机喷管5中，具体地，所述弹性组件14设置在所述弧形导向头18的内部，所述弹性组件14与所述锁瓣12抵接的一端设置有弹簧帽19，通过弹簧帽19和弧形导向头18共同支撑所述弹性件14。

在本实施例中，在捕获锁组件1插入到发动机喷管5中，对发动机喷管5捕获后，捕获锁组件1会受拉力作用，为保证捕获锁组件1中的锁瓣12不能自解锁，需要设置锁瓣12仅能从一侧受力收拢，从另一侧受力不会收拢，参照图4所示，为了满足上述需求，设置所述锁瓣12具有受力弧面121和支撑弧面122，所述受力弧面121的曲率中心在所述回转轴15的内侧，当受力弧面121受力时，形成的力矩推动锁瓣12处于收拢的状态，所述支撑弧面122的曲率中心在所述回转轴15的外侧，当支撑弧面122受力时，形成的力矩推动锁瓣12处于展开的状态，采用上述锁瓣12的设置方式，在捕获锁组件1进入发动机喷管5的时候，发动机喷管5的内壁抵接在锁瓣12的受力弧面121，使锁瓣12能够收拢进入到发动机喷管5中，在进入到发动机喷管5后，所述发动机喷管5的内壁抵接在锁瓣12的支撑弧面122，使所述锁瓣12能够始终保持展开的状态，保证捕获的可靠性。

在实施例中，设置所述展收组件2需要具备以下功能：

1、具有固定部分和伸展部分；

2、需要设置动力源带动伸展部分相对于固定部分运动；

3、伸展部分能够与捕获锁组件1连接，固定部分能够与定位组件3连接。

为了能够实现上述功能，参照图5和图6所示，所述展收组件2包括：外套筒21、设置在外套筒21中的伸缩管22、带动所述伸缩管22沿所述外套筒21的轴向延伸方向相对于所述外套筒21伸缩移动的传动装置，以及设置在所述伸缩管22端头，能够与所述捕获锁组件1连接的转接头23；

其中，为了提供足够的支撑强度，设置所述外套筒21为刚性结构，在捕获的过程中，通过伸缩管22带动捕获锁组件1插入到发动机喷管5中，在实际的空间操作的过程中，所述捕获锁组件1不可能准确的从发动机喷管5的正中心穿入，因此，为了减少捕获锁组件1与发动机喷管5的刚性碰撞，在本实施例中，设置所述伸缩管22为半刚性管，所述伸缩管22能够柔性形变，在捕获锁组件1与发动机喷管5对接的过程中，伸缩管22自身柔性变形，实现捕获锁组件1与发动机喷管5姿态偏差适应性调整，降低刚性碰撞的冲击力，防止捕获锁组件1与发动机喷管5损伤；

在本实施例中，设置传动装置为丝杠传动装置，所述丝杠传动装置包括丝杠24、套设在所述丝杠24上的丝母25、带动所述丝杠24转动的驱动电机26、设置在驱动电机26与丝杠24之间的传动齿轮组26、以及限制丝母25滑动方向的导向杆27，所述丝母25与所述伸缩管22连接，通过驱动电机26带动所述丝杠24转动，使所述丝母25在所述丝杠24上沿所述导向杆27的延伸方向滑动，从而带动所述伸缩管22移动。

具体地，本实施例的展收组件2为长管结构，为了进一步提升长管结构的支撑强度，参照图1所示，在所述展收组件2外还设置有支撑架4。

在本实施例中，在捕获锁组件1将发动机喷管5锁紧后，通过展收组件2带动发动机喷管5收拢移动，实现任务星与目标星的对接，在对接前需要对目标星进行定位，参照图7所示，所述定位组件3包括：设置在所述展收组件2的外套筒21的端部的锥面支撑架31、与所述锥面支撑架31连接的滚轮支架32、设置在滚轮支架32上突出于所述锥面支撑架31的滚轮33，以及缠绕在所述外套筒21外，端面抵接在所述锥面支撑架31上的定位弹簧34；

当捕获完成后，展收组件2向回收拢，将目标星和任务星拉近，使得上述滚轮33与发动机喷管5内壁接触，锥面支撑架31与上述滚轮支架32固连，其端面与缠绕在外套筒21上的定位弹簧34接触，由于锥面支撑架31与发动机喷管5内侧壁面接触角小于摩擦自锁角，因此，在展收组件2拉力作用下，发动机喷管5将沿锥面支撑架31侧壁运动，从而起到导向作用，对发动机喷管5进行定位和固定，同时实现对发动机喷管5端面的支撑找平，消除姿态偏差。

实施例2

参照图8和图9所示，在上述实施例1的基础上，本发明还公开了一种锁瓣式发动机喷管5捕获释放方法，包括以下步骤：

S1、伸出-捕获：

展收组件2带动捕获锁组件1向待捕获目标移动，使捕获锁组件1插入到待捕获目标的发动机喷管5中，在插入的过程中，捕获锁组件1与发动机喷管5相对速度碰撞，通过发动机喷管5向锁瓣施加推动其收拢的压力，使锁瓣12穿过发动机喷管5，利用弹性件14压缩储能作为锁瓣12展开的驱动力，当锁瓣12穿过发动机喷管5后，弹性件14推动锁瓣12展开，展开后的锁瓣12卡接在发动机喷管5内，从而实现对发动机喷管5的捕获；

S2、收拢-定位：

展收组件2带动已捕获的目标收拢移动，使发动机喷管5内壁抵接在定位组件3上，通过滚轮33对发动机喷管5端面进行支撑找平，发动机喷管5压缩定位组件3中的定位弹簧34，消除与目标星的姿态角偏差；

S3、释放-分离：

控制捕获锁组件1中的推杆13带动锁瓣12沿回转轴15转动，实现锁瓣12的收拢，当锁瓣12收拢到位后，展收组件2带动捕获锁组件1从目标的发动机喷管5中抽出，实现与目标的释放分离。

本发明所述的锁瓣式发动机喷管5捕获释放方法，通过展收组件2带动捕获锁组件1插入到发动机喷管5中，在插入到发动机喷管5的过程中，发动机喷管5会抵压锁瓣12，向锁瓣12施加收拢的作用力，在这个作用力推动下，锁瓣12收拢，允许捕获锁组件1进入到发动机喷管5中，同时压缩弹性件14储能，当捕获锁组件1进入到发动机喷管5后，锁瓣12不再受到发动机喷管5的抵压，储能的弹性件14将立刻推动锁瓣12展开，从而卡接在发动机喷管5上，实现对发动机喷管5的捕获，整个捕获过程锁瓣都是被动的运动，不需要主动控制锁瓣12运动，不用主动判断捕获的时机，这样就能够保证捕获的及时性和稳定性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种锁瓣式发动机喷管捕获释放机构，其特征在于，包括：

捕获锁组件，能够插入到发动机喷管中，所述捕获锁组件包括：捕获导杆、锁瓣、推杆和弹性件；

所述捕获导杆具有供所述锁瓣穿过的通孔，所述锁瓣的一端通过回转轴铰接在所述捕获导杆中，所述锁瓣的另一端突出所述通孔；

所述推杆带动所述锁瓣沿回转轴转动，实现锁瓣的收拢；

所述弹性件抵接在所述锁瓣的端部，当所述锁瓣受外力向内收拢时，推动所述弹性件压缩储能，当所述锁瓣不受外力时，所述弹性件作为开锁动力推动所述锁瓣展开；

展收组件，与所述捕获锁组件连接，所述展收组件伸缩带动所述捕获锁组件移动，所述展收组件包括：

外套筒，所述外套筒为刚性结构；

伸缩管，设置在外套筒中，所述伸缩管为半刚性管，所述伸缩管能够柔性形变；

丝杠传动装置，设置在所述伸缩管的一端，带动所述伸缩管沿所述外套筒的轴向延伸方向相对于所述外套筒伸缩移动；

转接头，设置在所述伸缩管的端头部，通过所述转接头与所述捕获锁组件连接；

定位组件，固定设置在所述展收组件的端部，所述定位组件与所述发动机喷管内端面抵接，对所述发动机喷管进行支撑找平处理。

2.根据权利要求1所述的锁瓣式发动机喷管捕获释放机构，其特征在于：在所述回转轴上铰接有两片对称设置的锁瓣，两片锁瓣相向突出于所述捕获导杆。

3.根据权利要求1所述的锁瓣式发动机喷管捕获释放机构，其特征在于：所述锁瓣具有受力弧面和支撑弧面，所述受力弧面的曲率中心在所述回转轴的内侧，当受力弧面受力时，形成的力矩推动锁瓣处于收拢的状态，所述支撑弧面的曲率中心在所述回转轴的外侧，当支撑弧面受力时，形成的力矩推动锁瓣处于展开的状态。

4.根据权利要求1所述的锁瓣式发动机喷管捕获释放机构，其特征在于：所述推杆的一端设置有带动所述推杆移动的驱动源，所述推杆的另一端设置有插入到锁瓣中的推拉销，所述驱动源通过所述推杆带动所述推拉销移动，通过所述推拉销带动所述锁瓣收拢。

5.根据权利要求1所述的锁瓣式发动机喷管捕获释放机构，其特征在于：在所述捕获导杆的端部还设置有弧形导向头。

6.根据权利要求1所述的锁瓣式发动机喷管捕获释放机构，其特征在于：所述定位组件包括：

锥面支撑架，设置在所述展收组件的外套筒的端部；

滚轮支架，与所述锥面支撑架连接，在所述滚轮支架上设置有突出于所述锥面支撑架的滚轮；

定位弹簧，缠绕在所述外套筒外，所述定位弹簧的端面抵接在所述锥面支撑架上。

7.根据权利要求1所述的锁瓣式发动机喷管捕获释放机构，其特征在于：还包括支撑架，所述展收组件设置在所述支撑架中。

8.一种锁瓣式发动机喷管捕获释放方法，其特征在于：采用权利要求1-7任意一项所述的锁瓣式发动机喷管捕获释放机构实现，包括以下步骤：

S1、展收组件带动捕获锁组件向待捕获目标移动，使捕获锁组件插入到待捕获目标的发动机喷管中，在插入的过程中，捕获锁组件与发动机喷管相对速度碰撞，通过发动机喷管向锁瓣施加推动其收拢的压力，使锁瓣穿过发动机喷管，利用弹性件压缩储能作为锁瓣展开的驱动力，当锁瓣穿过发动机喷管后，弹性件推动锁瓣展开；

S2、展收组件带动已捕获的目标收拢移动，使发动机喷管内壁抵接在定位组件上，通过滚轮对发动机喷管端面进行支撑找平，发动机喷管压缩定位组件中的定位弹簧，消除与目标星的姿态角偏差；

S3、控制捕获锁组件中的推杆带动锁瓣沿回转轴转动，实现锁瓣的收拢，当锁瓣收拢到位后，展收组件带动捕获锁组件从目标的发动机喷管中抽出，实现与目标的释放分离。