一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置

1.本发明涉及液体火箭技术领域，尤其涉及一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置。


背景技术：

2.随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高，液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加。然而，液体推进剂的晃动极大地影响航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性。大量液体推进剂的晃动会对航天器产生较大的干扰力/力矩，若干扰力/力矩超过控制系统可调节或结构所能承受的范围，将会造成控制系统不稳定或结构破坏。
3.而海上火箭推进剂的加注时大多数都是采用临时即用即加，以保证火箭发射的最佳状态，而且火箭推进剂不能提前加注到贮箱内。这是因为在将推进剂加注到火箭燃料箱之前，需要对火箭进行各种检查和准备工作，以确保火箭的安全和可靠性。此外，在加注过程中，还需要监测和控制推进剂的流量和压力等参数，以避免加注过程中出现任何问题。如果提前将推进剂加注到贮箱内，那么就会增加火箭事故发生的风险。同时，由于推进剂的化学性质较为复杂，如果处理不当，可能会对环境造成污染和危害。因此，为了确保火箭的安全，一般情况下是不会将推进剂提前加注到贮箱内的。
4.此时就需要在海上航行的舰船提前将推进剂按要求贮存好，特别是用来贮存的箱体需要特制，同时也需要做防晃动处理，以保证推进剂在各自的贮存罐内不会发生大的晃动，但现有技术中，其防止晃动的技术大多数是直接采用火箭内贮箱的防晃动技术，是在罐体内增加防晃动叶片，从而来保证推进剂不会出现较大的晃动问题，但这只能防止推进剂的晃动速度缓慢的情况，即，如同贮箱内推进剂的防晃动情况，而舰船在海上航行时的晃动不仅仅只有火箭发射过程中贮箱的晃动因素，还有舰船的竖直方向上，前后、左右等多方向上的晃动，且晃动的速度远比贮箱内的晃动速度要快的多，仅凭现有技术的防晃动技术是不够的。


技术实现要素：

5.基于现有的海上舰船上的推进剂存储罐防晃动技术不够完善的技术问题，本发明提出了一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置。
6.本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，包括存储推进剂的球罐，所述球罐的上下两端设有装有阀门的进出管路。
7.所述球罐的中部外表面设有与所述球罐外表面相适配的抱环，所述抱环的外表面固定安装有向外支撑的支撑腿。
8.所述抱环的内壁设有与所述球罐外表面滚动连接的滚珠。
9.所述抱环沿其竖向的外表面处设有呈环形阵列分布的弧形缓冲机构，当所述球罐沿所述抱环的内壁滚动时，所述弧形缓冲机构对所述球罐滚动前后的速度以及姿态分别实
现缓冲以及调整的动作。
10.所述球罐的外表面还固定安装有用于调节所述弧形缓冲机构的集控机构。
11.优选地，所述球罐的内壁开设有与所述滚珠表面相适配的球槽，所述滚珠装配至所述球槽的内壁后向外露出与所述球罐的外表面滚动连接。
12.所述滚珠的表面开设有润滑槽，所述润滑槽的内壁填充有润滑脂。
13.通过上述技术方案，滚珠可按轴承滚珠的制作工艺进行制作，增加球罐滚动的灵敏度，且润滑槽内的润滑脂能够保证滚珠很长一段时间内都能够保持很好的润滑度。
14.优选地，所述弧形缓冲机构由缓冲模块以及管路模块组成，所述缓冲模块通过所述管路模块控制对所述罐体的缓冲动作。
15.优选地，所述缓冲模块包括固定安装在所述抱环内部的弧形液压缸，所述弧形液压缸的活塞杆的末端固定安装有接触球。
16.所述球罐的外表面固定安装有缓冲环，所述接触球通过所述缓冲环实现对所述球罐的缓冲动作。
17.通过上述技术方案，缓冲环不仅能够方便与接触球接触，且还具有限位以及保护底部阀门的作用。
18.优选地，所述管路模块包括活动套接在所述弧形液压缸内部的复位弹簧，所述复位弹簧在活塞杆向顶部滑动后将活塞杆向下弹回实现复位的动作。
19.通过上述技术方案，复位弹簧设置在弧形液压缸内，不仅能够使得活塞杆具有回弹力，且不会造成表面生锈，延长使用时间。
20.优选地，所述管路模块还包括连通所述弧形液压缸进油口和出油口的液压油管，所述液压油管的中部并联安装有单向管，两个所述单向管的表面分别安装有可调式单向流量阀以及单向阀，所述可调式单向流量阀的转动调节端上固定套接有调节齿轮，之后所述可调式单向流量阀的阀体固定安装在所述抱环的外表面。
21.通过上述技术方案，利用可调节流量的单向阀以及普通的单向阀实现对弧形液压缸大口径的回缩以及流量可控的复位缓冲动作进行控制的效果。
22.优选地，当所述弧形液压缸的活塞杆向上滑动收缩时，液压油从顶部的所述液压油管压出，所述复位弹簧被压缩积蓄弹力，液压油从装有所述单向阀的所述单向管流入至所述弧形液压缸的缸体底部内，液压油不执行经过所述可调式单向流量阀流向所述弧形液压缸底部的动作。
23.当所述弧形液压缸的活塞杆不受压力后，被压缩的所述复位弹簧回弹复位，液压油从所述弧形液压缸的底部往上经过所述可调式单向流量阀回流至所述弧形液压缸的顶部，同时液压油不执行经过所述单向阀流向所述弧形液压缸顶部的动作。
24.通过上述技术方案，能够对缓冲动作原理做出清楚的描述，有利于缓冲动作的实现。
25.优选地，所述集控机构包括固定在靠近所述可调式单向流量阀的所述抱环表面的导向固定座，所述导向固定座的内部固定安装有微型电机，所述微型电机的输出轴固定套接有驱动齿轮，所述导向固定座的内部滑动穿接有齿环，相对分布的两个所述齿环的齿面均与所述驱动齿轮以及所述调节齿轮的齿面啮合；所述驱动齿轮转动后带动所述齿环与所述调节齿轮啮合转动，实现调节所述可调
式单向流量阀的动作。
26.通过上述技术方案，能够对弧形缓冲机构实现集成控制的效果，气人齿轮啮合的传动比以及传动效率，能够提高调节动作的精确度。
27.优选地，所述支撑腿由直线液压缸以及连接座组成，所述直线液压缸的缸体与位于底部的所述连接座铰接，所述直线液压缸的活塞杆与位于顶部的所述连接座固定连接。
28.通过上述技术方案，直线液压缸以及连接座能够在球罐出现上下颠簸的晃动情况时，对球罐的竖直方向上的晃动进行缓冲的动作。
29.优选地，所述球罐的底部表面垂直的圆心处固定安装有陀螺仪。
30.通过上述技术方案，可利用陀螺仪来收集球罐晃动的数据，以便于为弧形缓冲机构的缓冲动作提供更加准确的数据。
31.本发明中的有益效果为：1、通过设置球罐的中部外表面设有与所述球罐外表面相适配的抱环，能够将装有推进剂的球罐架空放在支撑腿上，能够避免直接安装在舰船上后，球罐会随舰船一起晃动的问题。
32.2、通过设置弧形缓冲机构，一方面能够防止球罐突然的晃动，另一方面能够防止球罐晃动幅度太大后，球罐突然回位时带动推进剂一起出现大的晃动的问题。
33.3、通过设置集控机构，能够根据舰船实际的晃动情况来调节弧形缓冲机构的缓冲动作幅度，使得弧形缓冲机构具有更好的防晃动性能。
附图说明
34.图1为本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置的示意图；图2为本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置的滚珠安装立体图；图3为本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置的抱环结构立体图；图4为本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置的滚珠结构剖视图；图5为本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置的弧形缓冲机构立体图；图6为本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置的弧形液压缸剖视图；图7为本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置的弧形液压缸收缩时液压油流向图；图8为本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置的弧形液压缸复位时液压油流向图；图9为本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置的集控机构与弧形缓冲机构安装立体图；图10为本发明提出的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置的球
罐结构倒装立体图。
35.图中：1、球罐；2、抱环；3、滚珠；31、球槽；32、润滑槽；4、弧形液压缸；41、接触球；42、复位弹簧；43、液压油管；44、单向管；45、可调式单向流量阀；46、单向阀；47、调节齿轮；48、缓冲环；5、导向固定座；51、微型电机；52、驱动齿轮；53、齿环；6、直线液压缸；61、连接座；7、陀螺仪。
实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
37.参照图1-10，一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，包括存储推进剂的球罐1，球罐1的上下两端设有装有阀门的进出管路。
38.如图1-图2所示，为了将球罐1与舰船脱离，防止跟随舰船一起晃动，在球罐1的中部外表面设有与球罐1外表面相适配的抱环2，抱环2的外表面固定安装有向外支撑的支撑腿。
39.通过设置球罐1的中部外表面设有与球罐1外表面相适配的抱环2，能够将装有推进剂的球罐1架空放在支撑腿上，能够避免直接安装在舰船上后，球罐1会随舰船一起晃动的问题。
40.如图3-图4所示，为了增加球罐1与抱环2之间的滚动连接效果，在抱环2的内壁设有与球罐1外表面滚动连接的滚珠3。球罐1的内壁开设有与滚珠3表面相适配的球槽31，滚珠3装配至球槽31的内壁后向外露出与球罐1的外表面滚动连接。滚珠3的表面开设有润滑槽32，润滑槽32的内壁填充有润滑脂。
41.滚珠3可按轴承滚珠的制作工艺进行制作，增加球罐1滚动的灵敏度，且润滑槽32内的润滑脂能够保证滚珠3很长一段时间内都能够保持很好的润滑度。
42.如图5所示，为了球罐1能够在舰船前后左右方向上发生晃动时降低晃动幅度，在抱环2沿其竖向的外表面处设有呈环形阵列分布的弧形缓冲机构，当球罐1沿抱环2的内壁滚动时，弧形缓冲机构对球罐1滚动前后的速度以及姿态分别实现缓冲以及调整的动作。
43.弧形缓冲机构由缓冲模块以及管路模块组成，缓冲模块通过管路模块控制对罐体的缓冲动作。
44.为了缓冲动作的平稳且无噪音，缓冲模块包括固定安装在抱环2内部的弧形液压缸4，弧形液压缸4的活塞杆的末端固定安装有接触球41，弧形液压缸4内的液压油不仅具有很好的减震缓冲作用，且液压动作过程中不会产生噪音。
45.如图10所示，为了对弧形液压缸4实现必要的限位动作，在球罐1的外表面固定安装有缓冲环48，接触球41通过缓冲环48实现对球罐1的缓冲动作。缓冲环48不仅能够方便与接触球41接触，且还具有限位以及保护底部阀门的作用。
46.如图6所示，为了使得球罐1在缓冲后能够具有自动复位的效果，管路模块包括活动套接在弧形液压缸4内部的复位弹簧42，复位弹簧42在活塞杆向顶部滑动后将活塞杆向下弹回实现复位的动作。复位弹簧42设置在弧形液压缸4内，不仅能够使得活塞杆具有回弹力，且不会造成表面生锈，延长使用时间。
47.为了能够更好的控制缓冲后复位的动作幅度与速度，管路模块还包括连通弧形液
压缸4进油口和出油口的液压油管43，液压油管43的中部并联安装有单向管44，两个单向管44的表面分别安装有可调式单向流量阀45以及单向阀46，可调式单向流量阀45的转动调节端上固定套接有调节齿轮47，之后可调式单向流量阀45的阀体固定安装在抱环2的外表面。利用可调节流量的单向阀以及普通的单向阀46实现对弧形液压缸4大口径的回缩以及流量可控的复位缓冲动作进行控制的效果。
48.如图5-图8所示，上述缓冲控制动作具体是这样实现的：当弧形液压缸4的活塞杆向上滑动收缩时，液压油从顶部的液压油管43压出，复位弹簧42被压缩积蓄弹力，液压油从装有单向阀46的单向管44流入至弧形液压缸4的缸体底部内，液压油不执行经过可调式单向流量阀45流向弧形液压缸4底部的动作。
49.当弧形液压缸4的活塞杆不受压力后，被压缩的复位弹簧42回弹复位，液压油从弧形液压缸4的底部往上经过可调式单向流量阀45回流至弧形液压缸4的顶部，同时液压油不执行经过单向阀46流向弧形液压缸4顶部的动作。能够对缓冲动作原理做出清楚的描述，有利于缓冲动作的实现。
50.通过设置弧形缓冲机构，一方面能够防止球罐1突然的晃动，另一方面能够防止球罐1晃动幅度太大后，球罐1突然回位时带动推进剂一起出现大的晃动的问题。
51.如图1和图9所示，为了能够使得弧形液压缸4的缓冲能够根据舰船不同晃动的情况得到及时的调整，在球罐1的外表面还固定安装有用于调节弧形缓冲机构的集控机构。
52.具体的，集控机构包括固定在靠近可调式单向流量阀45的抱环2表面的导向固定座5，导向固定座5的内部固定安装有微型电机51，微型电机51的输出轴固定套接有驱动齿轮52，导向固定座5的内部滑动穿接有齿环53，相对分布的两个齿环53的齿面均与驱动齿轮52以及调节齿轮47的齿面啮合；驱动齿轮52转动后带动齿环53与调节齿轮47啮合转动，实现调节可调式单向流量阀45的动作。
53.能够对弧形缓冲机构实现集成控制的效果，且齿轮啮合的传动比以及传动效率，能够提高调节动作的精确度。
54.通过设置集控机构，能够根据舰船实际的晃动情况来调节弧形缓冲机构的缓冲动作幅度，使得弧形缓冲机构具有更好的防晃动性能。
55.如图10所示，为了能够对球罐1实现上下竖直方向上的晃动进行缓冲，将支撑腿由直线液压缸6以及连接座61组成，直线液压缸6的缸体与位于底部的连接座61铰接，直线液压缸6的活塞杆与位于顶部的连接座61固定连接。直线液压缸6以及连接座61能够在球罐1出现上下颠簸的晃动情况时，对球罐1的竖直方向上的晃动进行缓冲的动作。
56.进一步地，球罐1的底部表面垂直的圆心处固定安装有陀螺仪7。
57.可利用陀螺仪来收集球罐1晃动的数据，以便于为弧形缓冲机构的缓冲动作提供更加准确的数据。也可将陀螺仪7上收集来的数据，直接控制弧形缓冲机构中的可调式单向流量阀45，就可以控制球罐1复位姿态以及速度了，也可以直接与船体上的陀螺仪数据连接。
58.当船体侧摇时，陀螺力矩迫使框架携带转子一起相对于船体旋进。这种摇摆式旋进引起另一个陀螺力矩，对船体产生稳定作用。斯佩里主动式稳定器是在上述装置的基础上增加一个小型操纵陀螺仪，其转子沿船横轴放置。一旦船体侧倾，小陀螺沿其铅直轴旋进，从而使主陀螺仪框架轴上的控制马达及时开动，在该轴上施加与原陀螺力矩方向相同
的主动力矩，借以加强框架的旋进和由此旋进产生的对船体的稳定作用。同样的技术也可用到弧形缓冲机构中去，能够更好的稳定罐体1。
59.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，包括存储推进剂的球罐（1），所述球罐（1）的上下两端设有装有阀门的进出管路；其特征在于：所述球罐（1）的中部外表面设有与所述球罐（1）外表面相适配的抱环（2），所述抱环（2）的外表面固定安装有向外支撑的支撑腿；所述抱环（2）的内壁设有与所述球罐（1）外表面滚动连接的滚珠（3）；所述抱环（2）沿其竖向的外表面处设有呈环形阵列分布的弧形缓冲机构，当所述球罐（1）沿所述抱环（2）的内壁滚动时，所述弧形缓冲机构对所述球罐（1）滚动前后的速度以及姿态分别实现缓冲以及调整的动作；所述球罐（1）的外表面还固定安装有用于调节所述弧形缓冲机构的集控机构。2.根据权利要求1所述的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，其特征在于：所述球罐（1）的内壁开设有与所述滚珠（3）表面相适配的球槽（31），所述滚珠（3）装配至所述球槽（31）的内壁后向外露出与所述球罐（1）的外表面滚动连接；所述滚珠（3）的表面开设有润滑槽（32），所述润滑槽（32）的内壁填充有润滑脂。3.根据权利要求1所述的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，其特征在于：所述弧形缓冲机构由缓冲模块以及管路模块组成，所述缓冲模块通过所述管路模块控制对所述罐体的缓冲动作。4.根据权利要求3所述的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，其特征在于：所述缓冲模块包括固定安装在所述抱环（2）内部的弧形液压缸（4），所述弧形液压缸（4）的活塞杆的末端固定安装有接触球（41）；所述球罐（1）的外表面固定安装有缓冲环（48），所述接触球（41）通过所述缓冲环（48）实现对所述球罐（1）的缓冲动作。5.根据权利要求4所述的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，其特征在于：所述管路模块包括活动套接在所述弧形液压缸（4）内部的复位弹簧（42），所述复位弹簧（42）在活塞杆向顶部滑动后将活塞杆向下弹回实现复位的动作。6.根据权利要求5所述的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，其特征在于：所述管路模块还包括连通所述弧形液压缸（4）进油口和出油口的液压油管（43），所述液压油管（43）的中部并联安装有单向管（44），两个所述单向管（44）的表面分别安装有可调式单向流量阀（45）以及单向阀（46），所述可调式单向流量阀（45）的转动调节端上固定套接有调节齿轮（47），之后所述可调式单向流量阀（45）的阀体固定安装在所述抱环（2）的外表面。7.根据权利要求6所述的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，其特征在于：当所述弧形液压缸（4）的活塞杆向上滑动收缩时，液压油从顶部的所述液压油管（43）压出，所述复位弹簧（42）被压缩积蓄弹力，液压油从装有所述单向阀（46）的所述单向管（44）流入至所述弧形液压缸（4）的缸体底部内，液压油不执行经过所述可调式单向流量阀（45）流向所述弧形液压缸（4）底部的动作；当所述弧形液压缸（4）的活塞杆不受压力后，被压缩的所述复位弹簧（42）回弹复位，液压油从所述弧形液压缸（4）的底部往上经过所述可调式单向流量阀（45）回流至所述弧形液压缸（4）的顶部，同时液压油不执行经过所述单向阀（46）流向所述弧形液压缸（4）顶部的动作。
8.根据权利要求6所述的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，其特征在于：所述集控机构包括固定在靠近所述可调式单向流量阀（45）的所述抱环（2）表面的导向固定座（5），所述导向固定座（5）的内部固定安装有微型电机（51），所述微型电机（51）的输出轴固定套接有驱动齿轮（52），所述导向固定座（5）的内部滑动穿接有齿环（53），相对分布的两个所述齿环（53）的齿面均与所述驱动齿轮（52）以及所述调节齿轮（47）的齿面啮合；所述驱动齿轮（52）转动后带动所述齿环（53）与所述调节齿轮（47）啮合转动，实现调节所述可调式单向流量阀（45）的动作。9.根据权利要求1所述的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，其特征在于：所述支撑腿由直线液压缸（6）以及连接座（61）组成，所述直线液压缸（6）的缸体与位于底部的所述连接座（61）铰接，所述直线液压缸（6）的活塞杆与位于顶部的所述连接座（61）固定连接。10.根据权利要求1所述的一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，其特征在于：所述球罐（1）的底部表面垂直的圆心处固定安装有陀螺仪（7）。

技术总结
本发明属于液体火箭技术领域，尤其是一种海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，包括存储推进剂的球罐，所述球罐的上下两端设有装有阀门的进出管路，所述球罐的中部外表面设有与所述球罐外表面相适配的抱环，所述抱环的外表面固定安装有向外支撑的支撑腿，所述抱环的内壁设有与所述球罐外表面滚动连接的滚珠。该海上发射液体火箭加注推进剂晃荡动态稳定装置，能够将装有推进剂的球罐架空放在支撑腿上，能够避免直接安装在舰船上后，球罐会随舰船一起晃动的问题，通过设置弧形缓冲机构，一方面能够防止球罐突然的晃动，另一方面能够防止球罐晃动幅度太大后，球罐突然回位时带动推进剂一起出现大的晃动的问题。带动推进剂一起出现大的晃动的问题。带动推进剂一起出现大的晃动的问题。


技术研发人员：张洋 罗明 曹留帅 赵军
受保护的技术使用者：鲁东大学
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/6/12