一种气动力减速器

摘要

本发明涉及一种气动力减速器，包括伞衣和多个密动量调节组件，所述伞衣包括顶面和侧面，多个密动量调节组件均匀分布在伞衣的顶面及侧面上，所述密动量调节组件包括回位锁、第一风板、第二风板、第一弹性件、第二弹性件和风板卡。本发明创造性地提出可以对密动量自动调节的气动力减速器的设计方案，相较于现有技术，本发明基于流体力学的基本原理，通过单向风道、风板、风板卡、回位锁和弹性件的设计使气动力减速器对密动量具有自动调节功能；风板形成的气动力与回位锁的弹力(由弹性件提供)形成一对作用力与反作用力，通过改变风板与伞衣的夹角，使气动力减速器实现对密动量的自动调节功能。

权利要求

1.一种气动力减速器，其特征在于：包括伞衣和多个密动量调节组件，所述伞衣包括顶面和侧面，多个密动量调节组件均匀分布在伞衣的顶面及侧面上，所述密动量调节组件包括回位锁、第一风板、第二风板、第一弹性件、第二弹性件和风板卡，所述回位锁为顶面呈弧形的矩形中空盒体，所述回位锁的底面固定在伞衣上，所述第一风板和第二风板对称铰接在回位锁的相对两侧面上，所述第一风板与回位锁的第一铰接轴上安装有第一弹性件，所述第二风板与回位锁的第二铰接轴上安装有第二弹性件，所述伞衣上对应于第一风板和第二风板分别开设有第一单向风道和第二单向风道，所述第一风板在第一弹性件的弹力作用下可绕着第一铰接轴向内转动封闭住第一单向风道，所述第二风板在第二弹性件的弹力作用下可绕着第二铰接轴向内转动封闭住第二单向风道，所述风板卡包括一横板和垂直设置在横板上的两个相对设置的竖板，所述风板卡通过两个竖板夹持在第一风板和第二风板上使第一风板和第二风板相互平行。

2.根据权利要求1所述的气动力减速器，其特征在于：所述第一弹性件和第二弹性件为扭簧。

3.根据权利要求1所述的气动力减速器，其特征在于：所述第一风板和第二风板呈半圆形或弓形。

4.根据权利要求1所述的气动力减速器，其特征在于：所述第一弹性件和第二弹性件位于回位锁内。

说明书

一种气动力减速器

技术领域

[0001] 本发明涉及航空航天、极限运动安全领域，具体说是一种对密动量自动调节的气动力减速器。

背景技术

[0002] 气动力减速器指降落伞。降落伞作为典型的气动力减速器，在极限运动和航空航天领域应用十分广泛。从文字记载上，第一个使用气动力减速器(斗笠)的人是舜。与伽利略在比萨斜塔上进行落体实验不同的是，一直没有中国人去思考舜没有摔死的原因。幸运的是，目前世界上最大的神舟飞船降落伞依然是中国制造的。“像火药一样，降落伞也是从中国传出的”说法是有证可寻的。

[0003] 现有的降落伞虽然在形态结构上千差万别，但始终没能摆脱一个问题：伞衣越大，伞衣崩破风险越大。在地球上，为了承载更大的载荷，减速伞+主伞的组合方式被广泛使用。而对于只有地球大气密度1％的火星，现有的投放重量不能超过1.5吨着陆技术(确保投放仪器设备安全)，正制约着要求投放大约500吨物资的火星探测任务，需要新的着陆方法。虽然发明了太空降落伞，但其首次试验时，减速器被撕成碎片这一事实表明还有许多问题有待解决。另外，作为航天科技里程碑之一的航天飞机被弃用，其实质也是如何解决低密度超音速问题，由于高速飞行的高温导致大部分仪器损害使单次发射超预算近十倍(单次发射的费用约为4.5亿美元)。由动量定理可知，单位面积上气体的密度和速度决定了减速器的气动力的大小。所谓低密度超音速，就是指单位面积上的密动量。物体的迎风面上的密动量定义为：ρsν(其中，ρ为空气密度；s为物体的迎风面面积；ν为物体与空气的相对运动速度)。

[0004] 2020火星计划离我们越来越近了，低密度超音速减速器决定着这项宏伟工程的实施进程。几千年过去了，舜用过的斗笠除了在材料和形态上发生变化外，其基本功能并没有改变。因此，设计气动力减速器，使其对密动量具有多级自动调节功能是一项亟待突破的关键技术。随着极限运动、航空航天技术的发展，如何设计对密动量具有自动调节的气动力减速器是解决问题的关键。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种可自动调节密动量的气动力减速器。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

[0007] 一种气动力减速器，包括伞衣和多个密动量调节组件，所述伞衣包括顶面和侧面，多个密动量调节组件均匀分布在伞衣的顶面及侧面上，所述密动量调节组件包括回位锁、第一风板、第二风板、第一弹性件、第二弹性件和风板卡，所述回位锁为顶面呈弧形的矩形中空盒体，所述回位锁的底面固定在伞衣上，所述第一风板和第二风板对称铰接在回位锁的相对两侧面上，所述第一风板与回位锁的第一铰接轴上安装有第一弹性件，所述第二风板与回位锁的第二铰接轴上安装有第二弹性件，所述伞衣上对应于第一风板和第二风板分别开设有第一单向风道和第二单向风道，所述第一风板在第一弹性件的弹力作用下可绕着第一铰接轴向内转动封闭住第一单向风道，所述第二风板在第二弹性件的弹力作用下可绕着第二铰接轴向内转动封闭住第二单向风道，所述风板卡包括一横板和垂直设置在横板上的两个相对设置的竖板，所述风板卡通过两个竖板夹持在第一风板和第二风板上使第一风板和第二风板相互平行。

[0008] 本发明的有益效果在于：本发明创造性地提出可以对密动量自动调节的气动力减速器的设计方案，相较于现有技术，本发明基于流体力学的基本原理，通过单向风道、风板、风板卡、回位锁和弹性件的设计使气动力减速器对密动量具有自动调节功能；风板形成的气动力与回位锁的弹力(由弹性件提供)形成一对作用力与反作用力，通过改变风板与伞衣的夹角，使气动力减速器实现对密动量的自动调节功能。

附图说明

[0009] 图1所示为本发明实施例的气动力减速器的装配示意图。

[0010] 图2所示为本发明实施例的伞衣的结构示意图。

[0011] 图3所示为本发明实施例的密动量调节组件的结构示意图(风板卡掉落前)。

[0012] 图4所示为本发明实施例的密动量调节组件的结构示意图(风板卡掉落后)。

[0013] 图5所示为图4的正视图。

[0014] 图6所示为图4的侧视图。

[0015] 图7所示为图4的俯视图。

[0016] 图8所示为本发明实施例的回位锁的结构示意图。

[0017] 图9所示为本发明实施例的第一风板和第二风板的结构示意图。

[0018] 图10所示为本发明实施例的第一弹性件和第二弹性件的结构示意图。

[0019] 图11所示为本发明实施例的风板卡的结构示意图。

[0020] 标号说明：

[0021] 1-伞衣；2-密动量调节组件；20-回位锁；10-第一单向风道；11-第二单向风道；21-第一风板；22-第二风板；23-第一弹性件；24-第二弹性件；25-风板卡；210-第一铰接轴；220-第二铰接轴；250-横板；251-竖板。

具体实施方式

[0022] 为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

[0023] 本发明最关键的构思在于：在伞衣上开设多个单向风道，每个单向风道上设置有风板，风板在气动力与弹性件的弹力的相互作用下，可相对伞衣转动而封闭或打开单向风道并自动调整单向风道的开口大小，从而自动改变伞衣的迎风面积，使气动力减速器实现对密动量的自动调节功能。

[0024] 具体的，请参照图1至图11所示，本发明提供的气动力减速器，包括伞衣1和多个密动量调节组件2，所述伞衣1包括顶面和侧面，多个密动量调节组件2均匀分布在伞衣1的顶面及侧面上，所述密动量调节组件2包括回位锁20、第一风板21、第二风板22、第一弹性件23、第二弹性件24和风板卡25，所述回位锁为顶面呈弧形的矩形中空盒体，所述回位锁的底面固定在伞衣上，所述第一风板21和第二风板22对称铰接在回位锁20的相对两侧面上，所述第一风板21与回位锁20的第一铰接轴210上安装有第一弹性件23，所述第二风板22与回位锁20的第二铰接轴220上安装有第二弹性件24，所述伞衣1上对应于第一风板21和第二风板22分别开设有第一单向风道10和第二单向风道11，所述第一风板21在第一弹性件23的弹力作用下可绕着第一铰接轴210向内转动封闭住第一单向风道10，所述第二风板22在第二弹性件24的弹力作用下可绕着第二铰接轴220向内转动封闭住第二单向风道11，所述风板卡25包括一横板250和垂直设置在横板250上的两个相对设置的竖板251，所述风板卡25通过两个竖板251夹持在第一风板21和第二风板22上使第一风板21和第二风板22相互平行。

[0025] 本发明的工作原理如下：

[0026] 风板卡25在气动力作用下脱落，第一风板21在第一弹性件23的弹力作用下呈现向关闭第一单向风道10的状态转动的趋势，第二风板22在第二弹性件24的弹力作用下呈现向关闭第二单向风道11的状态转动的趋势，而第一风板21和第二风板22同时又受到气动力的反向作用，风板上形成的气动力与弹性件的弹力形成一对作用力与反作用力。若风板上形成的气动力小于弹性件的弹力，则风板向关闭单向风道的方向(即向内)转动，风板与伞衣1的夹角变小，单向风道的开口变小，伞衣1的面积增大，从而提高气动力减速器的密动量；若风板上形成的气动力大于弹性件的弹力，则风板向打开单向风道的方向(即向外)转动，风板与伞衣1的夹角变大，单向风道的开口变大，伞衣1的面积减小，从而降低气动力减速器的密动量。通过上述风板与伞衣1的夹角的自动调节，本发明的气动力减速器能够实现对密动量的自动调节，并有效防止伞衣1因气动力过大而崩破；通过对风板、弹性件和单向风道的形状、尺寸、弹力大小等进行设计，可以实现气动力减速器的密动量变化的多级自动调节。具体应用时，在低密度下，通过打开单向风道，减小伞衣面积，实现高速减速；在低速下，通过关闭单向风道，增大伞衣面积，实现低速减速。

[0027] 从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明创造性地提出可以对密动量自动调节的气动力减速器的设计方案，相较于现有技术，本发明基于流体力学的基本原理，通过单向风道、风板、风板卡、回位锁和弹性件的设计使气动力减速器对密动量具有自动调节功能；风板形成的气动力与回位锁的弹力(由弹性件提供)形成一对作用力与反作用力，通过改变风板与伞衣的夹角，使气动力减速器实现对密动量的自动调节功能。

[0028] 进一步的，所述第一弹性件23和第二弹性件24为扭簧。

[0029] 进一步的，所述第一风板21和第二风板22呈半圆形或弓形。

[0030] 进一步的，所述第一弹性件23和第二弹性件24位于回位锁20内。

[0031] 实施例：

[0032] 本发明涉及的技术术语解释见表1：

[0033] 表1 技术术语

[0034]

[0035] 速度为1.2-5马赫被定义为超音速飞行。飞行器在这个速度下通过太空降落伞减速，太空降落伞的使命是把飞行器减速到音速下。飞行器速度越快，一般在空气越稀薄环境中。如距地球表面50公里处的空气密度大约为地球表面的1/1000，如果以5倍音速飞行，相对能承受100米/每秒的常规主伞，速度快了17倍。这时的阻力会增大几千倍。由于空气稀薄，忽略音爆等因素，把伞衣设计成布满单向风道的结构，使伞面迎风面积减小数倍，单向风道的大小是分级的，从而实现超音速飞行减速。

[0036] 本实施例以图1至图11所示的通过伞衣、单向风道、风板、风板卡、回位锁和弹性件等装置，完成超音速降落伞设计，具体说明本实施例所述的密动量自动调节气动力减速器设计方法所包括的步骤。

[0037] (1)设定装置的功能：通过伞衣、单向风道、风板、风板卡、回位锁和定位弹簧设计满足气动力减速器的功能需要；

[0038] (2)气动力减速器：根据需要，设计伞衣、单向风道、风板、风板卡、回位锁和弹性件；风板卡在气动力作用下脱落，使单向风道具有对密动量进行自动调节的功能；回位锁的弹性件的弹力使风板向关闭状态运动；风板形成气动力与回位锁的弹力形成一对作用力与反作用力，通过改变风板夹角，气动力减速器实现对密动量的自动调节；多个功能差异的单向风道的设计，实现密动量变化的气动力减速自动调节；

[0039] (3)仿真分析：根据气动力减速器的功能需要，对气动力减速器进行计算机仿真分析，以确定减速器最终的形态与结构。

[0040] 低密度超音速飞行时，空气阻力成倍增加。可以通过成倍减小迎风面积来减小空气阻力。分级设计由风板、风板卡、回位锁和弹性件构成的单向风道，把不同级别的单向风道布满伞衣，数倍减小迎风面积，避免伞衣崩裂，实现低密度超音速飞行减速。

[0041] 综上所述，本发明提供的气动力减速器，创造性地提出可以对密动量自动调节的气动力减速器的设计方案，相较于现有技术，本发明基于流体力学的基本原理，通过单向风道、风板、风板卡、回位锁和弹性件的设计使气动力减速器对密动量具有自动调节功能；风板形成的气动力与回位锁的弹力(由弹性件提供)形成一对作用力与反作用力，通过改变风板与伞衣的夹角，使气动力减速器实现对密动量的自动调节功能。

[0042] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。