一种具备地形自适应及姿态自恢复能力的软着陆机构

摘要

本发明公开了一种具备地形自适应及姿态自恢复能力的软着陆机构，属航天器领域，包括三级缓冲机构，二级缓冲机构，一级缓冲机构、承力驱动机构；所述的三级缓冲机构包括支撑杆、三级封盖、三级主体、三级导杆和弹簧弹片；所述的二级缓冲机构包括二级主体、二级导杆、电磁阀、二级通孔和空心杆；所述的一级缓冲机构包括一级导杆、一级主体和一级孔洞；所述的承力驱动机构包括承力筒、第二电机、第一电机、第一丝杠、第二丝杠。与现有技术相比较，本发明可在触地前几秒自主调整长度实现对星表地形的自适应，并可在完成缓冲功能后实现驱动调姿，明显提高了星表着陆过程的安全性，提高任务成功率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器附属结构，特别是一种适用于航天器软着陆的具备 地形自适应及姿态自恢复能力的装置。

背景技术

现有航空器的着陆形式为气囊，可压缩吸能机构，机械式缓冲装置以及缓 冲气囊，其组成大多包括吸能机构，连接机构以及缓冲机构。其缓冲机构形式 多为采用蜂窝铝结构的筒状内含缓冲机构，但是蜂窝铝一旦压溃便无法还原， 因此无法回弹调姿，无法实现全地形适应，并且存在结构复杂、自体重量大、 不利于控制的技术缺陷。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种具备地形自适应 及姿态自恢复能力的软着陆机构。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种具备地形自适应及姿态自恢复 能力的软着陆机构，其特征在于：包括三级缓冲机构，二级缓冲机构，一级缓 冲机构、承力驱动机构；所述的三级缓冲机构包括支撑杆、三级封盖、三级主 体、三级导杆和弹簧弹片；所述的三级主体为筒状，远端连接有带有中间孔的 三级封盖，内壁设有对称排列的弹簧弹片；所述的支撑杆为空心杆，近端连接 在三级封盖中央，与三级主体连通；所述的三级导杆为两根，对称连接在三级 主体近端面；所述的二级缓冲机构包括二级主体、二级导杆、电磁阀、二级通 孔和空心杆；所述的二级缓冲机构中装有蜂窝铝材料；所述的二级主体为筒状，近端设有顶盖，外壁有条状突起；所述的顶盖上设有与所述的三级导杆相对应 的二级通孔，三级导杆插入其中；所述的二级导杆近端固定连接在顶盖内表面； 所述的二级导杆内壁有螺纹；所述的二级导杆外表面对称排列有朝向近端的与 弹簧弹片相匹配的棘齿；所述的顶盖近端对称安装有两个空心杆和电磁阀，所 述电子阀的动阀芯可穿过顶盖外壁暴露于二级主体表面；所述的一级缓冲机构 包括一级导杆、一级主体和一级孔洞；所述的一级主体包括固定连接的基座和 圆管；所述的基座远端为带有中心孔的台面，外壁有条状突起；所述的圆管口 径小于基座，管腔与中心孔相通，圆管内孔中有螺纹；所述的一级导杆为两个， 对称安装在所述的基座台面上；一级孔洞用于插入所述三级导杆；所述的承力 驱动机构包括承力筒、第二电机、第一电机、第一丝杠、第二丝杠；所述的承 力筒为圆筒样，近端设有顶帽；所述的承力筒内壁有与所述的二级缓冲机构、 一级缓冲机构外壁条状突起相匹配的导向槽；所述的承力筒外壁相对于所述电 子阀动阀芯的位置有均匀排列的多个孔洞；所述的第二电机、第一电机固定连 接在所述的承力筒近端两侧；所述的第二丝杠位于第一丝杠的内部，与第二电 机的输出轴联动；其近端与承力筒的顶帽转动连接，远端与所述的二级缓冲机 构中的二级导杆内壁进行螺纹连接；所述的第一丝杠套在所述的第二丝杠外部， 与第一电机的输出轴联动；所述的第一丝杠远端与一级缓冲机构中一级主体圆 管内孔螺纹进行螺纹连接。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

1、本发明包括有缓冲/驱动一体化主支柱组件，可在触地前几秒自主调整长 度实现对星表地形的自适应，并可在完成缓冲功能后实现驱动调姿；

2、本发明具有驱动功能的双向缓冲器组件可实现着陆器对触地瞬间横向速 度的适应能力，并在缓冲完成后配合主支柱组件实现着陆器姿态的自恢复；

3、结构设计合理，性能可靠，可使着陆器具备对非确定性星表地形的自适 应能力和缓冲后着陆器本体的星表调姿能力，明显提高了星表着陆过程的安全 性，提高任务成功率。

附图说明

图1是本发明的结构装配示意图。

图2是本发明的三级缓冲机构结构示意图。

图3是本发明的二级缓冲机构近视端结构示意图。

图4是本发明的二级缓冲机构远视端结构示意图。

图5是本发明的一级缓冲机构结构示意图。

图6是本发明的承力驱动机构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。为了便于叙述， 以连接航天器主体机构方向为近，反向为远，即图1右侧为近，左侧为远。

如图1所示，本发明包括三级缓冲机构1，二级缓冲机构2，一级缓冲机构 3、承力驱动机构4。所述的承力驱动机构4近端连接航天器主体机构，所述的 三级缓冲机构1远端用于连接着陆足，所述的着陆足可以为多种实现形式，因 此本处以及图1中不作以限定。

如图2所示，所述的三级缓冲机构1包括支撑杆101、三级封盖102、三级 主体103、三级导杆104和弹簧弹片105。主要负责连接缓冲足垫和缓冲压缩后 的锁定。

所述的三级主体103为筒状，远端连接有带有中间孔的三级封盖102，内壁 设有对称排列的弹簧弹片105。

所述的支撑杆101为空心杆，近端连接在三级封盖102中央，与三级主体 103连通，远端用于连接着陆足。

所述的三级导杆104为两根，对称连接在三级主体103近端面。

如图3、4所示，所述的二级缓冲机构2包括二级主体201、二级导杆202、 电磁阀203、二级通孔204和空心杆205。所述的二级缓冲机构2中装满了用于 着陆缓冲的蜂窝铝材料，起到主要的缓冲作用，同时起到固定三级缓冲机构1 的作用。

所述的二级主体201为筒状，近端设有顶盖，外壁有条状突起，所述的条 状突起用于嵌入所述的承力驱动机构4内壁上的导向槽，起到导向作用。所述 的顶盖上设有与所述的三级导杆104相对应的二级通孔204，三级导杆104插入 其中。

所述的二级导杆202近端固定连接在顶盖内表面。所述的二级导杆202内 壁有螺纹。

所述的二级导杆202外表面对称排列有朝向近端的棘齿，所述的棘齿与所 述三级主体103内的弹簧弹片105相匹配。当三级缓冲机构受到压缩时，三级 整体向二级内部运动，弹簧弹片105顺着棘齿运动，当压缩停止时，弹簧弹片 105卡在棘齿上端，因此无法向外运动，又因为蜂窝铝压溃看做固体，所以三级 与二级相对固定。

所述的顶盖近端对称安装有两个空心杆205，空心杆205外侧安装有电磁阀 203，所述电子阀203的动阀芯可以穿过顶盖外壁暴露于二级主体201表面。

如图5所示，所述的一级缓冲机构3包括一级导杆301、一级主体302和一 级孔洞303。

所述的一级主体302包括固定连接的基座和圆管。

所述的基座远端为带有中心孔的台面，外壁有条状突起。

所述的圆管口径小于基座，管腔与中心孔相通，圆管内孔中有螺纹。

所述的一级导杆301为两个，对称安装在所述的基座台面上，用于插入所 述二级缓冲机构2中的空心杆205。一级孔洞303用于插入所述三级导杆104。

如图6所示，所述的承力驱动机构4包括承力筒401、第二电机402、第一 电机403、第一丝杠404、第二丝杠405。

所述的承力筒401为圆筒样，近端设有顶帽。所述的承力筒401内壁有与 所述的二级缓冲机构2、一级缓冲机构3外壁条状突起相匹配的导向槽。所述的 承力筒401外壁相对于所述电子阀203动阀芯的位置有均匀排列的多个孔洞， 实现锁定。

所述的第二电机402、第一电机403固定连接在所述的承力筒401近端两侧。

所述的第二丝杠405位于第一丝杠404的内部，与第二电机402的输出轴 联动。其近端与承力筒401的顶帽转动连接，远端与所述的二级缓冲机构2中 的二级导杆202内壁进行螺纹连接。

所述的第一丝杠404套在所述的第二丝杠405外部，与第一电机403的输 出轴联动。所述的联动可以为皮带传动，也可以为齿轮传动，本实施例中为皮 带传动，所述的承力筒401外壁有开窗供放置皮带，实现电机控制丝杠运动。 所述的第一丝杠404远端与一级缓冲机构3中一级主体302圆管内孔螺纹进行 螺纹连接。

上述结构用以实现所述的承力驱动机构4的电机联动二级缓冲机构2及一 级缓冲机构3，从而改变其相对位置。

操作流程如下：初始工作状态时，所述的三级缓冲机构1、二级缓冲机构2、 一级缓冲机构3全部收纳在所述的承力驱动机构4的承力筒401中，电机与电 磁阀全部不工作。

缓冲阶段：所述的第二电机402开始工作，带动皮带轮转动从而带动第二 丝杠405转动，由于第二丝杠405与二级导杆202螺纹连接，在第二丝杠405 转动的同时，二级导杆202向远端伸出，进入到预备降落阶段。

降落阶段：在降落阶段中，着陆足垫接触地面后，所述的三级缓冲机构1 收到冲击便开始向近端运动，压缩二级主体201中的蜂窝铝，由于二级导杆202 与第二丝杠405螺纹锁死，所以直至蜂窝铝压实前，所述的二级缓冲机构2与 所述的承力驱动机构4都不产生相对运动，极大部分动能被蜂窝铝吸收。压缩 蜂窝铝时，弹簧弹片105不断与二级导杆202的棘齿锁定。当蜂窝铝被压实后， 由于棘齿与弹簧弹片105锁死，所以所述的三级缓冲机构1与所述的二级缓冲 机构2可视为刚体，实现着陆缓冲。蜂窝铝压实后，第二电机402开始工作， 带动第二丝杠405转动，使所述的二级缓冲机构2与所述的承力驱动机构4发 生相对运动，同时电磁阀203开始工作，电磁阀203在感应到承力筒401外壁 的孔洞时弹出，通过第二电机402的运动控制二级缓冲机构2的上升，实现姿 态调整。此时，所述的三级缓冲机构1和二级缓冲机构2与所述的承力驱动机 构4相对位置固定。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对 于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的 各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。