气缸驱动的连接器的设计方案设计

1.引言现代运载火箭和各种宇宙飞行器在发射准备过程中与地面设备间的液管线的联系十分复杂,这些管线统称为脐带。这些脐带管线要一直工作到火箭起飞前,甚至火箭起飞后才从箭上脱落。而火箭起飞前,人员已经撤离现场,因此脐带管线必须是遥控自动脱落的。[1]因而世界各航天强国对加泄连接器与加注口的自动对接和脱离技术研究一直非常重视。[2] 目前连接器的设计有很多的类型，如使用钢珠锁紧脱落机构的连接器，组合式脐带连接器等等。本次设计主要采用气动锁紧形式。本设计完成了一个以小气缸和离合爪作为锁紧脱离机构的液体加注自动脱落连接器。 1.1国内外发展现状目前国外主要有两种截然不同的研究方向——以俄罗斯为代表的“架栖”对接技术和已美国为代表的“箭栖”对接技术。
1.1.1 俄罗斯的“架栖”对接研究及现状俄罗斯在火箭加注自动对接技术方面的研究起步较早。采用的是对接机构通过滑轨安装在发射塔架上的“架栖”对接技术。上的“架栖”对接技术。其早期的连接器是采用手动操作，发射场的参试人员较多。六十年代原苏联在拜科努尔发射场发生了一次火箭突然爆炸事故，造成了惨痛的人员伤亡和设施损失。为此，前苏联下定决心避免人员在现场操作，逐步采取了全部自动化措施。其研制的自动对接系统具有机械本体、执行机构、跟踪定位机构、气动系统、触觉装置等，这些装置及导管等装在滑轨式底座上。目前正在为“天顶号”和 “联盟号”运载火箭提供加注服务。以“天顶”号上的自动对接系统为例，加泄连接器与火箭对接的锁紧与分离采用气动方式。带锁紧装置的锁紧器产生将对接装置压到火箭的锁紧力，以保证对接的密封性。另外对接时具有导向机构，限位与缓冲措施。自动对接装置中还包含有检查火箭加注活门与连接器连接部位密封性的专门系统，用于加注前对连接部件快速地进行密封性检查，检查时间为 lmin-2min。整个对接过程自动进行，机械本体及导管等装在滑架上，以气动方式驱动执行机构，跟踪机构检测定位，触觉系统与自动控制系统等共同完成程序。连接过程与脱离过程由发射设备遥控系统的中央控制台控制。连接过程为：开机——启动能源——找准——同步定位——对接——自动锁紧源]自{751^*论\文}网·www.751com.cn/ 。分离过程为：以气动方式驱动连接器解锁松开——关闭能源——退出——关机。连接过程与脱离过程由发射设备遥控系统的中央控制台控制。在进行维护工作时可使用现场的控制台进行控制。自动找准采用锥杆式机械导向，三个自由度的导引范围小于士 40mm。自动对接系统固定安装在一个专用仓内，以保护自动对接脐带不受燃气流的冲击。自动对接装置处于火箭尾段侧面，在发射前 5s 自动脱落并回收，防护门自动关闭，以保护自动对接装置免受发动机火焰喷烤，以便重复使用。形成这种“架栖”对接技术的重要原因是由于俄罗斯的火箭加注口位于箭体尾段，自动对接装置位于半地下的坑道里。对接机构与加注口两者基本处于相对静止状态，因此其对中检测系统可大为简化。采用气压驱动通过锥杆式机械导向便能实现自动对接。“架栖”对接虽然具有对接及脱离简便可靠、操作时间短的优点，并具有脱离后再对接的功能;但其核心属于刚性装配技术，不可避免存在环境适应性差(只适用于加注口位于箭体尾段的火箭)、对箭体吊装和安放等配套环节要求高、装置本身体积庞大等不足之处。由此带来的缺陷对于多级火箭则更加明显。火箭液体加注口集中于箭体尾段，给各级之间的密封以及分离带来了很大困难，这在很大程度上造成了火箭本身的可靠性降低。火箭屡屡意外爆炸的事实也间接揭示了这种基于刚性装配技术的架基自动对接理念和其箭体系统设计的局限。