一种多级作动组件和多级火箭喷射口延长机构的制作方法

1.本技术一般涉及航天器技术领域，尤其涉及一种多级作动组件和多级火箭喷射口延长机构。


背景技术：

2.为了提升火箭飞行过程中的推力，一般会在火箭喷射口处设置延长管，该延长管会在火箭发射前及升空后的初段时间内，保持收缩状态。当火箭到达预定高度或工况时，通过远程控制或火箭内部控制的方式，触发火箭主体与延长管之间的作动装置，将延长管相对于火箭主体拉伸至展开状态，以通过上述延长管提升燃气对火箭的推力。现有的作动装置一般采用伺服电机作动器或液压油源作动器等，但以上作动装置由于自身结构的复杂性限制，普遍不适于用在具有多级延长管的火箭上，而结构较为简单的燃气作动筒在每次使用后，其内部功能单元均会受到高温破坏而无法重复利用。
3.在中国专利文件（cn104142099a）公布的内容中，针对燃气作动筒无法在特定工况下提供微小推力的问题，公开了一种燃气作动筒的具体结构，但该结构特征中仍未解决其无法重复利用的问题，且并未提供便于多级延长管结构的火箭使用的相应特征。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种结构简单且能够重复使用的多级作动组件和多级火箭喷射口延长机构。
5.具体技术方案如下：第一方面本技术提供一种多级作动组件，包括：n个连接件，n-1个弹性件和至少一个触发件，其中n≥3；任意相邻的两个所述连接件和二者之间的所述弹性件形成作动单元，所述作动单元具有第一展开状态和第一收缩状态，其内形成有导向结构、压缩限位结构和展开限位结构，所述导向结构用于引导任一所述连接件相对于另一所述连接件沿第一方向运动，所述第一方向为所述弹性件的伸缩方向；所述弹性件具有第一状态和第二状态，所述弹性件在所述第二状态下相对于所述第一状态有所舒张；所述压缩限位结构用于将所述作动单元限定于所述第一收缩状态，所述展开限位结构用于将所述作动单元限定于所述第一展开状态，所述弹性件舒张，用于将所述作动单元由所述第一收缩状态切换至所述第一展开状态；所述触发件具有触发状态和非触发状态，当其处于非触发状态时，用于连接两端的所述连接件，各所述弹性件均处于所述第一状态；当其处于触发状态时，用于解除两端的所述连接件之间的连接，各所述弹性件由所述第一状态切换至所述第二状态。
6.作为本技术的进一步限定，所述连接件上设有排气孔，所述排气孔用于使所述连接件形成的作动单元内的所述压缩限位结构与外界连通的。
7.作为本技术的进一步限定，所述触发件为爆炸螺栓。
8.第二方面本技术提供一种多级火箭喷射口延长机构，包括以上所述的多级作动组件，还包括：火箭主体和套设于所述火箭主体上的n-1个逐层套设的延长管，所述多级作动组件中的各所述连接件依次铰接于所述火箭主体和各所述延长管上。
9.作为本技术的进一步限定，还包括限位机构，所述限位机构包括n-2个折叠限位片，所述折叠限位片设于相邻的两个所述延长管外壁之间，所述折叠限位片的可伸缩方向与所述火箭主体轴线的夹角，和所述作动单元的可伸缩方向与所述火箭主体轴线的夹角相等。
10.作为本技术的进一步限定，所述折叠限位片打开时的长度为第一设定长度，所述第一设定长度小于或等于第二设定长度，所述第二设定长度为与所述折叠限位片相应的所述作动单元处于所述第一展开状态时，其上两个铰接点之间的距离。
11.作为本技术的进一步限定，所述限位机构还包括限位卡爪，所述限位卡爪设于最内侧的所述延长管的外壁上，当铰接于所述火箭主体的所述作动单元处于所述第一展开状态时，所述限位卡爪与所述火箭主体外壁上的限位凸起抵接。
12.本技术有益效果在于：在本技术方案中，n个所述连接件和n-1个所述弹性件配合形成有n-1个所述作动单元，而在每个所述作动单元内两个所述连接件之间形成有所述导向结构、所述压缩限位结构和所述展开限位结构，用于使所述作动组件整体沿所述第一方向伸缩，在此过程中，当其处于所述第一收缩状态时，上述连接件之间的所述弹性件被压缩为第一状态，此时所述作动组件中处于两端的连接件通过未被触发的触发件连接，使得其内部的所述作动单元均能保持上述状态。而当触发所述触发件后，所述作动组件中处于两端的连接件将被解除连接，各所述作动单元中的所述弹性件暂时被解除挤压，并进入舒张过程。在其过程中所述连接件将被所述弹性件弹出，直至所述展开限位结构将两个所述连接件限定于所述第一展开状态，此时所述弹性件处于所述第二状态，所述作动组件完成展开动作。在此过程中本方案涉及的所述作动组件将所述弹性件作为动力来源，其本质上区别于现有技术中燃气作动筒将内部可燃气体燃烧膨胀作为动力来源的方式。因此在状态切换前后，其内部功能性结构并未受到损坏，可以重复使用。且相比于其他结构复杂的作动装置，本技术涉及的所述作动组件本身具有多级适配性，因此在配置于具有多级延长管的火箭时，具有更为显著的便利性。
附图说明
13.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本技术实施例提供的多级作动组件的内部结构剖视图；图2为图1中作动组件中各作动单元处于所述第一收缩状态时的示意图；图3为图1中作动组件中各作动单元处于所述第一展开状态时的示意图；图4为本实施例提供的多级火箭喷射口延长机构处于第三收缩状态时的示意图；图5为本实施例提供的多级火箭喷射口延长机构处于第三展开状态时的示意图；图6为图4中限位机构的示意图；
图7为图4中限位卡爪在所述延长机构展开后与所述火箭主体之间配合的示意图。
14.图中标号：11，连接件；12，弹性件；13，触发件；110，排气孔；21，火箭主体；22，延长管；31，折叠限位片；32，限位卡爪。
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
16.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
17.实施例1请参考图1，为本实施例提供的一种多级作动组件的内部结构剖视图，在该作动组件中具有三个所述连接件11、两个所述弹性件12和一个触发件13，并形成了两个相邻的所述作动单元，该作动组件中作动单元的级数为满足本方案所有特征的最简易形式。其中所述连接件均为套筒形式，为便于说明，现将图1中提供的作动组件中的三个套筒由外及内设为：外筒111、中筒112和内筒113，所述外筒111与所述中筒112之间的为第一弹性件121，为图1中位于相对内层弹性件，所述中筒112与所述内筒113之间的为第二弹性件122，为图1中位于相对外层弹性件。
18.图2为该作动组件中各作动单元处于所述第一收缩状态时的示意图，图3为该作动组件中各作动单元处于所述第一展开状态时的示意图，各所述套筒之间逐层套设，从而在其延伸方向（也即所述第一方向）上形成了所述导向结构。
19.在本实施例中，所述外筒111的第一端（图1中左端）内侧设有向内延伸的第一凸起，其第二端内侧设有第二凸起；所述中筒112的第一端内侧形成有向内延伸的第三凸起，其中部形成有向外延伸的第四凸起，所述第四凸起延伸至所述中筒112的第二端，其第二端另设有向外延伸的第五凸起；所述内筒113分为内外两层结构，其中外层套设于所述外筒111与所述中筒112之间，其内层穿过所述外筒111与所述中筒112并与处于未触发状态的所述触发件13连接，所述内筒113内层的第二端设有第六凸起；所述内筒113内外层之间连接的部分与所述第四凸起之间形成用于压缩所述第二弹性件122的外层作动单元的所述压缩限位结构，所述第三凸起与所述第二凸起形成用于压缩所述第一弹性件121的内层作动单元的所述压缩限位结构，所述第一凸起与所述第五凸起配合形成外层作动单元的所述展开限位结构，所述第三凸起与所述第六凸起配合形成内层作动单元的所述展开限位结构，当两个所述作动单元均处于第一收缩状态时，所述触发件13将所述内筒113内层部分的第二端与所述外筒111的第二端连接，及所述内筒113内外层连接的部分与所述中筒112第二端的抵接，可将所述第一弹性件121和所述第二弹性件122分别保持在所述第一状态，将所述作动组件此时状态记为第二收缩状态，如图2中所示。当所述触发件13被触发后，所述内筒113内层部分的第二端与所述外筒111的第二端解除连接，被压缩的所述第一弹性件121和所述第二弹性件122舒张，在此过程中所述中筒112相对于所述外筒111被向左弹出，所述内筒113相对于所述中筒112也被向左弹出，将所述作动组件此时状态记为第二展开状态，如图3中所示。本技术方案的其他实施例中，还可将所述连接件11、所述弹性件12及其形成的
所述作动单元实施为其他符合本技术特征的形式，其中所述导向结构、所述压缩限位结构和所述展开限位结构，也可具有本领域公知的其他实现方式。另外，所述连接件11的数量也可根据实际需要进行增加。
20.综上所述，本技术方案中将所述弹性件12作为所述作动组件的动力来源，其本质上区别于现有技术中使用燃气作动筒将内部可燃气体在燃烧时发生膨胀作为动力来源的方式。因此在状态切换前后，其内部功能性结构并未受到损坏，可以重复使用。且相比于其他结构复杂的作动装置，本技术方案在配置于具有多级延长管的火箭时，具有更为显著的便利性。
21.其中在提升所述作动组件动作平顺性的优选实施方式中，所述连接件11上设有排气孔110，所述排气孔110用于使相应的所述作动单元内的所述压缩限位结构与外界连通的。
22.如图2或图3中所示，在所述中筒112和所述内筒113上靠近第一端的位置处，均设有若干个所述排气孔110，由于在本实施例中所述外筒111与所述中筒112，和所述中筒112与所述内筒113之间分别形成的所述压缩限位结构均为相对密闭的空间，在此空间内分别设有所述第二弹性件122和所述第一弹性件121，当所述作动组件由第二收缩状态切换至所述第二展开状态的过程中，即所述第二弹性件122和所述第一弹性件121由所述第一状态切换至所述第二状态过程中，上述排气孔110始终可以使所述压缩限位结构与外界相通，进而使得其内部不致由于气压过小而影响所述作动组件的动作过程。因此提升了所述作动组件动作的平顺性，更加便于其展开。
23.可以想见的是，所述排气孔110的分布情况会根据所述作动组件具体实施方式的不同而有所区别。因此所述排气孔110的实施方式还可包括本领域内公知的其他形式。
24.其中在所述触发件13的优选实施方式中，所述触发件13为爆炸螺栓。
25.在设置本实施例中触发件13时，需要选用具有结构简单、体积小、质量轻且易于控制等特点的模块或装置，而爆炸螺栓具有以上全部所需特性，仅作为本实施例中触发件13的优选实施方式。
26.实施例2本实施例提供的一种多级火箭喷射口延长机构，包括以上所述的多级作动组件，还包括：火箭主体21和套设于所述火箭主体21上的n-1个逐层套设的延长管22，所述多级作动组件中的各所述连接件11依次铰接于所述火箭主体21和各所述延长管22上。
27.请参考图4和图5，分别为本实施例提供的使用多级作动组件的多级火箭喷射口延长机构分别处于第三收缩状态时和处于第三展开状态时的示意图，图中为了便于说明，同样采用了结构最简单的二级延长管组成的延长机构。图4和图5中延长机构的状态分别对应于所述作动组件处于所述第二收缩状态和所述第三展开状态时的情况。需要补充说明的是所述作动组件设有若干套，且绕所述火箭主体21轴线均匀分布。由于所述作动组件上的各所述连接件11依次铰接于所述火箭主体21和各所述延长管22上，因此当由所述作动组件所述第二收缩状态切换至所述第三展开状态时，便可带动两个所述延长管22沿所述火箭主体21轴线方向展开，用于提升火箭喷射口喷出的燃气对火箭飞行的推动作用。
28.其中在提升所述延长机构状态切换过程平稳性的优选实施方式中，还包括限位机构，所述限位机构包括n-2个折叠限位片31，所述折叠限位片31设于相邻的两个所述延长管
外壁之间，所述折叠限位片31的可伸缩方向与所述火箭主体21轴线的夹角，和所述作动单元的可伸缩方向与所述火箭主体21轴线的夹角相等。
29.请参考图6，为本实施例提供的限位机构的示意图，其中作为优选实施方式，所述折叠限位片31在绕所述火箭主体21轴线方向上，设于两个所述作动组件之间，其两端的边缘与相邻的两个所述延长管外壁之间均为铰接中的线连接结构，进而可以防止因上述两个作动组件动作速度不一致导致的所述延长机构发生的偏转，及因所述延长管22在动作过程中受到气流扰动而发生的扭转。综上所述，折叠限位片31在提升所述延长机构状态切换过程的平稳性上具有重要作用。
30.其中在保持所述延长机构处于展开状态的优选实施方式中，所述折叠限位片31打开时的长度为第一设定长度，所述第一设定长度小于或等于第二设定长度，所述第二设定长度为与所述折叠限位片31相应的所述作动单元处于所述第一展开状态时，其上两个铰接点之间的距离。
31.在所述延长机构被展开的过程中，所述作动组件起到了重要的推动作用，直至所述折叠限位片31被展开至最长的所述第一设定长度时，所述折叠限位片31被拉直，此时所述作动组件已完全展开至所述第二设定长度，或者还未展开至该长度，此时当所述延长机构受到气流影响而产生收缩趋势时，所述折叠限位片31的前后部分相互抵接，从而抵消了上述收缩趋势，使得所述延长管22始终保持在展开状态。
32.其中在进一步保持所述延长机构处于展开状态的优选实施方式中，所述限位机构还包括限位卡爪32，所述限位卡爪32设于最内侧的所述延长管22的外壁上，当铰接于所述火箭主体21的所述作动单元处于所述第一展开状态时，所述限位卡爪32与所述火箭主体21外壁上的限位凸起抵接。
33.如图7中所示，为所述限位卡爪32在所述延长机构展开后与所述火箭主体21之间配合的示意图。所述限位卡爪32设于最内侧的所述延长管22的外壁上，当所述延长机构处于所述第三收缩状态时，所述限位卡爪32的自由端处于所述限位凸起的下方；所述限位卡爪32与所述火箭主体21轴线的夹角大于所述火箭主体21外壁与所述火箭主体21轴线的夹角，且所述限位卡爪32具有弹性，当所述延长机构由所述第三收缩状态被切换至所述第三展开状态过程中，所述限位卡爪32上靠近所述火箭主体21的一面拂过所述限位凸起的端部，并在所述限位卡爪32端部越过所述限位凸起后与其抵接。此后当所述延长机构受到气流影响，而在所述火箭主体21与和其做接近的所述延长管22之间产生收缩趋势时，所述限位卡爪32的端部与所述限位凸起抵接可有效对抗上述趋势，从而使所述延长机构保持在展开的状态。
34.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

技术特征：
1.一种多级作动组件，其特征在于，包括：n个连接件（11），n-1个弹性件（12）和至少一个触发件（13），其中n≥3；任意相邻的两个所述连接件（11）和二者之间的所述弹性件（12）形成作动单元，所述作动单元具有第一展开状态和第一收缩状态，其内形成有导向结构、压缩限位结构和展开限位结构，所述导向结构用于引导任一所述连接件（11）相对于另一所述连接件（11）沿第一方向运动，所述第一方向为所述弹性件（12）的伸缩方向；所述弹性件（12）具有第一状态和第二状态，所述弹性件（12）在所述第二状态下相对于所述第一状态有所舒张；所述压缩限位结构用于将所述作动单元限定于所述第一收缩状态，所述展开限位结构用于将所述作动单元限定于所述第一展开状态，所述弹性件（12）舒张，用于将所述作动单元由所述第一收缩状态切换至所述第一展开状态；所述触发件（13）具有触发状态和非触发状态，当其处于非触发状态时，用于连接两端的所述连接件（11），各所述弹性件（12）均处于所述第一状态；当其处于触发状态时，用于解除两端的所述连接件（11）之间的连接，各所述弹性件（12）由所述第一状态切换至所述第二状态。2.根据权利要求1所述的多级作动组件，其特征在于，所述连接件（11）上设有排气孔（110），所述排气孔（110）用于使相应的所述作动单元内的所述压缩限位结构与外界连通的。3.根据权利要求1所述的多级作动组件，其特征在于，所述触发件（13）为爆炸螺栓。4.一种多级火箭喷射口延长机构，包括权利要求1-3中任意一项所述的多级作动组件，其特征在于，还包括：火箭主体（21）和套设于所述火箭主体（21）上的n-1个逐层套设的延长管（22），所述多级作动组件中的各所述连接件（11）依次铰接于所述火箭主体（21）和各所述延长管（22）上。5.根据权利要求4所述的多级火箭喷射口延长机构，其特征在于，还包括限位机构，所述限位机构包括n-2个折叠限位片（31），所述折叠限位片（31）设于相邻的两个所述延长管外壁之间，所述折叠限位片（31）的可伸缩方向与所述火箭主体（21）轴线的夹角，和所述作动单元的可伸缩方向与所述火箭主体（21）轴线的夹角相等。6.根据权利要求5所述的多级火箭喷射口延长机构，其特征在于，所述折叠限位片（31）打开时的长度为第一设定长度，所述第一设定长度小于或等于第二设定长度，所述第二设定长度为与所述折叠限位片（31）相应的所述作动单元处于所述第一展开状态时，其上两个铰接点之间的距离。7.根据权利要求5或6所述的多级火箭喷射口延长机构，其特征在于，所述限位机构还包括限位卡爪（32），所述限位卡爪（32）设于最内侧的所述延长管（22）的外壁上，当铰接于所述火箭主体（21）的所述作动单元处于所述第一展开状态时，所述限位卡爪（32）与所述火箭主体（21）外壁上的限位凸起抵接。

技术总结
本申请公开了一种多级作动组件和多级火箭喷射口延长机构，包括：N个连接件，N-1个弹性件和触发件；相邻的两个连接件和弹性件形成作动单元，作动单元可展开和收缩，其内形成有导向结构、压缩限位结构和展开限位结构，导向结构用于引导任一连接件沿第一方向运动；弹性件具有第一状态和第二状态，第二状态下相对舒张；压缩限位结构用于将作动单元限定于收缩状态，展开限位结构用于将作动单元限定于展开状态，弹性件舒张，用于将作动单元由收缩状态切换至展开状态；当触发件处于非触发状态时，用于连接两端的连接件，各弹性件均处于第一状态；当其处于触发状态时，各弹性件由第一状态切换至第二状态。该作动组件和延长机构结构简单且能够重复使用。单且能够重复使用。单且能够重复使用。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：陕西凌空科技有限公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/5/30