本发明涉及空天飞行器技术领域，具体涉及一种空天飞行器的锁紧分离装置。
背景技术：
空天往返飞行器(以下简称空天飞行器)是指采用吸气式空天发动机、可水平起降，并自由穿梭于稠密大气、临近空间和近地轨道的新一代可重复使用天地往返飞行器，具有廉价、可靠、快速、便捷的特点，是下一代航天运输系统的发展方向，其中以吸气式组合推进系统为动力的单级与两级入轨空天飞行器为最理想的方案形式。
从美国x-30、x-33、x-34、sr-72空天飞行器、hyper-x演示验证飞行器和falcon等计划以及俄罗斯igla飞行器、欧洲skylon计划和日本atrex演示验证计划等高超声速飞行器研究的情况，可看出世界航天大国均热衷于发展一种具备地面水平起飞、水平降落能力的可重复使用、低成本的空天往返飞行器。而电磁助推方式因具有极其突出的技术优势而被认为是实现高载荷量和高地面速度的理想方案，是未来高超声速飞行器起飞方式的重要选择和有效手段，同时也是世界科前沿科技，对促进航空航天尖端科学技术和社会经济的发展具有重大和深远的影响。
当前，世界正处在国际体系加速变革和深度调整的关键时期，高超声速飞行器技术具有前瞻性、战略性、带动性、威慑与实战能力兼备，可使我国在日益激烈的航空航天高技术竞争中抢占制高点，是维护国家空间安全，掌握国际政治斗争和军事斗争主动权的重要支撑。目前，国际上在大型航天器的水平发射起飞方面还没有成熟的应用先例，但是空天飞行器电磁助推技术是航天发射技术的重要发展趋势，因为其具备突出的技术优势和明晰的发展脉络，是未来高超声速作战飞行器发展的突破口，将为我军未来争夺近空间控制权、增强空天一体作战能力提供有效手段，形成对强敌的战略威慑，对于构建我国全方位、立体化的安全体系意义重大。我国在空天飞行器助推技术上具有良好的基础，为了满足今后信息化，智能化的战争，发展基于电磁助推系统的航天发射技术是未来科技发展的方向和实际需求。
空天飞行器由于具有宽速域和宽空域的特点，飞行器速度从0到ma25，飞行范围有稠密大气层、临近空间以及地球近地轨道。然而宽速域空天飞行器在低速状态时，其气动性能与气动外形存在着矛盾，目前宽速域空天飞行器还不能够水平起飞。
因此，目前已有技术人员提出了电磁悬浮助推辅助起飞技术，可以参见文章1001-5965(2005)01-0105-06公开的电磁助推发射技术。由磁悬浮助推橇车搭载着空天飞行器在地面加速，将空天飞行器加速到其能够起飞的速度，空天飞行器与助推橇车分离，完成水平起飞。但是空天飞行器在地面加速过程中，需要一种牢固、可靠地锁紧分离装置，在空天飞行器的速度低于起飞速度时，其将空天飞行器牢固的锁紧在助推橇车上，当空天飞行器达到起飞速度后，此锁紧分离装置将空天飞行器与助推橇车分离。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种空天飞行器的锁紧分离装置，用以将空天飞行器于助推车进行锁紧或者分离。
本发明所采用的技术方案为：
本发明的一方面提供一种空天飞行器的锁紧分离装置，所述空天飞行器包括飞行器机身以及设置于所述飞行器机身下部的起落架，所述起落架的下部设置有轮子；其特征在于，所述锁紧分离装置包括锁紧结构和分离结构，且所述锁紧分离装置用以将所述空天飞行器和助推车锁紧或分离；
所述助推车上设置有所述锁紧结构和滑轨；所述锁紧结构包括第一锁紧结构、第二锁紧结构以及第三锁紧结构；所述滑轨的下部设置有卡槽；
所述空天飞行器和助推车锁紧时，所述空天飞行器的轮子位于所述卡槽内；
所述卡槽的一侧设置有所述第一锁紧结构，所述第一锁紧结构包括第一锁紧气缸、第一容纳腔以及第一滑块，所述第一锁紧气缸设于所述第一容纳腔内，所述轮子和第一锁紧气缸之间设置有所述第一滑块；
所述卡槽的另一侧设置有所述第二锁紧结构，所述第二锁紧结构包括第二锁紧气缸、第二容纳腔以及第二滑块，所述第二锁紧气缸设于所述第二容纳腔内，所述轮子和所述第二锁紧气缸之间设置有所述第二滑块。
优选的，所述卡槽的下部设置有所述第三锁紧结构；
所述第三锁紧结构包括升降气缸和第三容纳腔，所述升降气缸设于所述第三容纳腔内，所述轮子和所述第二锁紧气缸之间设置有所述中间滑轨段。
优选的，所述滑轨包括第一滑轨段和第二滑轨段、以及设于所述第一滑轨段和第二滑轨段之间的中间滑轨段。
优选的，所述空天飞行器和助推车分离时，所述空天飞行器的轮子位于所述滑轨上，且所述第一滑轨段、第二滑轨段以及中间滑轨段位于同一水平高度。
优选的，所述空天飞行器和助推车锁紧时，所述第一滑轨段、第二滑轨段的水平高度高于所述中间滑轨段。
优选的，所述轮子的前后两侧设置有起落架电磁体；
所述起落架电磁体与所述轮子同轴设置。
优选的，所述滑轨的内壁设置有滑轨电磁体；
所述空天飞行器和助推车分离时，所述轮子位于所述滑轨上，所述滑轨电磁体的水平高度与所述起落架电磁体齐平。
本发明的又一方面提供一种空天飞行系统，包括空天飞行器和助推车，所述空天飞行器和助推车采用权利要求1-7任意所述的锁紧分离装置进行锁紧或者分离。
本发明的还一方面提供一种空天飞行控制系统，包括气泵、气罐电磁阀以及若干管路。
优选的，所述电磁阀包括二位二通换向阀、二位四通换向阀以及二位三通换向阀。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供提供一种空天飞行器的锁紧分离装置，用以将空天飞行器于助推车进行锁紧或者分离。
2、本发明实施例设置两个锁紧气缸(第一锁紧气缸、第二锁紧气缸)，两个锁紧滑块(第一滑块、第二滑块)以及升降气缸，其结构简单且轻便，能够有效地将空天飞行器牢固的锁紧在助推橇车上，解决了空天飞行器在助推橇车的固定问题。
3、本发明实施例将空天飞行器的起落架、轮子，以及锁紧分离装置配合设计，使得空天飞行器的起落架既起到了起飞和降落的作用，还用以辅助其锁紧分离装置将其助推橇车和空天飞行器锁紧与分离，大大减少了空天飞行器的起飞质量，简化了锁紧分离装置的设计，节约了设计成本。
4、本发明实施例采用滑轨式结构，可以驾驶空天飞行器直接停在助推橇车的滑轨中，减小了空天飞行器安装在助推橇车的难度，减小了空天飞行器的起飞预备时间。
5、本发明实施例空天飞行器的起落架下部的轮子两侧安装有起落架电磁铁，助推橇车滑轨两侧内壁上安装有滑轨电磁体，利用起落架电磁铁和滑轨电磁体这两个电磁体之间电磁力的作用，可以使得空天飞行器在滑轨上始终沿着中线运动，避免了空天飞行器在分离过程中偏离预定的轨迹。
6、本发明实施例采用锁紧气缸推动第一滑块、第二滑块的左右运动，采用升降气缸推动中间滑轨段以及轮子的上下运动，提高了装置的可靠性，同时也减少了研制成本和技术难度。
7、本发明实施例设计的锁紧分离装置相比常用爆炸螺栓以及其他的锁紧分离机构来说，在分离的过程不会对助推橇车、空天飞行器和锁紧分离装置产生不利影响，具有可重复使用的特点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种空天飞行系统立体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种锁紧状态的空天飞行系统主视结构示意图；(空天飞行器与助推车锁紧)
图3是本发明实施例中锁紧状态的局部剖视示意图，主要展示了第一锁紧结构、第二锁紧结构、第三锁紧结构、滑轨以及卡槽的位置和连接关系；
图4本发明实施例提供的一种分离状态的空天飞行系统主视结构示意图；(空天飞行器与助推车分离)
图5是本发明实施例提供的一种空天飞行系统俯视结构示意图；
图6是图5中a处局部放大示意图；
图7是本发明实施例提供的一种锁紧状态的空天飞行系统右视结构示意图；(空天飞行器与助推车锁紧)
图8是本发明实施例提供的一种分离状态的空天飞行系统右视结构示意图；(空天飞行器与助推车分离)
图9是本发明实施例提供的一种空天飞行控制系统结构示意图。
附图说明：
1空天飞行器；10飞行器机身；11起落架；12轮子；121起落架电磁体；
3助推车；31第一锁紧结构；311第一锁紧气缸；312第一容纳腔；313第一滑块；313第一滑块；32第二锁紧结构；321第二锁紧气缸；322第二容纳腔；323第二滑块；33第三锁紧结构；331升降气缸；332第三容纳腔；34滑轨；341第一滑轨段；342第二滑轨段；343中间滑轨段；35卡槽；36滑轨电磁体；
电磁阀：41二位二通换向阀；42二位四通换向阀；43二位三通换向阀；
5气泵；6气罐；
管路：a路；a1路；a2路；a21路；a22路；b路；b1路；b2路；b21路；b22路。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。需要说明的是，本发明实施例中“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位词是基于空天飞行器正常使用状态，不用以限制本发明的保护范围。
空天飞行器是未来飞行器发展的重要方向，空天飞行器要求飞行速度从ma0到ma25，飞行范围由稠密大气层、临近空间和近地轨道组成，但是对于这种宽速域和宽空域的飞行器来说，在不同速域飞行器的气动特性对气动外形有着不同的要求，其中，高速域的气动特性的要求与低速域的气动外形要求存在矛盾，致使空天飞行器现阶段不能够水平起飞，空天飞行器存在着低速起飞状态升力不足的挑战。提高起飞速度是解决空天飞行器起飞升力不足挑战的一条重要途径，但是由于空天飞行具有宽空域的特点，单一的吸气式发动机不能满足空天飞行器的要求，必须使用组合发动机，目前组合发动机还不能达到提高空天飞行器起飞速度的要求，因此，现有技术中有人提出了电磁助推辅助起飞技术，电磁助推辅助起飞技术增大了空天飞行器的起飞速度，解决了起飞状态升力不足的挑战。
但是空天飞行器在地面加速过程中，需要一种牢固、可靠地锁紧分离装置，在飞行器的速度低于起飞速度时，其将飞行器牢固的锁紧在助推车(橇车)上，当空天飞行器达到起飞速度后，此装置将空天飞行器与助推车(橇车)分离。
本发明实施例设计了一种空天飞行器的锁紧分离装置，可以将空天飞行器牢固的锁紧在助推橇车上，空天飞行器由助推车(本实施例助推车采用橇车)在地面加速到起飞速度，然后通过锁紧分离装置将空天飞行器与助推车分离，从而，空天飞行器完成起飞过程。
参见附图1-9，本发明的一实施例提供一种空天飞行器的锁紧分离装置，所述空天飞行器1包括飞行器机身10以及设置于所述飞行器机身10下部的起落架11，所述起落架11的下部设置有轮子12；所述锁紧分离装置包括锁紧结构和分离结构，且所述锁紧分离装置用以将所述空天飞行器1和助推车3锁紧或分离；
本实施例中，助推车3采用助推橇车，用以使空天飞行器1助跑，达到起飞速度，为常规设置。本发明的发明点主要是在锁紧分离装置。
本实施例中采用的滑轨电磁体36和起落架电磁体121可以采用文章1001-5965(2006)10-1180-06公开的电磁体方案的选型。
所述助推车3上设置有所述锁紧结构和滑轨34；所述锁紧结构包括第一锁紧结构31、第二锁紧结构32以及第三锁紧结构33；所述滑轨34的下部设置有卡槽35；
参见图2-3以及图7为空天飞行器1与助推车3锁紧状态示意图，当所述空天飞行器1和助推车3锁紧时，所述空天飞行器1的轮子12位于所述卡槽35内；
所述卡槽35的一侧设置有所述第一锁紧结构31，所述第一锁紧结构31包括第一锁紧气缸311、第一容纳腔312以及第一滑块313，所述第一锁紧气缸311设于所述第一容纳腔312内，所述轮子12和第一锁紧气缸311之间设置有所述第一滑块313；本实施例中，第一滑块313右侧的形状与轮子12相匹配。
所述卡槽35的另一侧设置有所述第二锁紧结构32，所述第二锁紧结构32包括第二锁紧气缸321、第二容纳腔322以及第二滑块323，所述第二锁紧气缸321设于所述第二容纳腔322内，所述轮子12和所述第二锁紧气缸321之间设置有所述第二滑块323。本实施例中，第二滑块323左侧的形状与轮子12相匹配。
所述卡槽35的下部设置有所述第三锁紧结构33；
所述第三锁紧结构33包括升降气缸331和第三容纳腔332，所述升降气缸331设于所述第三容纳腔332内，所述轮子12和所述第二锁紧气缸321之间设置有所述中间滑轨段343。
参见图5，所述滑轨34包括第一滑轨段341和第二滑轨段342、以及设于所述第一滑轨段341和第二滑轨段342之间的中间滑轨段343。
参见附图2-3，所述空天飞行器1和助推车3锁紧时，所述第一滑轨段341、第二滑轨段342的水平高度高于所述中间滑轨段343。
参见图4和图8为空天飞行器1与助推车3分离状态示意图，所述空天飞行器1和助推车3分离时，所述空天飞行器1的轮子12位于所述滑轨34上，且所述第一滑轨段341、第二滑轨段342以及中间滑轨段343位于同一水平高度。
本实施例中，所述轮子12的前后两侧设置有起落架电磁体121；具体的，本实施例设置3个相互平行的滑轨34，每个滑轨34上设置一个轮子12，每个轮子的前侧和后侧分别设置一个起落架电磁体121。所述起落架电磁体121与所述轮子12同轴设置。
参见图7-8，每个滑轨34的两侧内壁分别设置有滑轨电磁体36；
参见图8，所述空天飞行器1和助推车3分离时，所述轮子12位于所述滑轨34上，所述滑轨电磁体36的水平高度与所述起落架电磁体121齐平。
本发明实施例的工作原理是：
参见图2-3以及图7为空天飞行器1与助推车3锁紧状态示意图，升降气缸331收缩，与升降气缸331相连的中间滑轨段343下落至卡槽35的底部，轮子12下落至卡槽35内，轮子12左侧的第一锁紧气缸311伸出，往右侧推动第一滑块313向着起落架11处移动，从而将轮子12和起落架11的左侧锁紧，轮子12右侧的第二锁紧气缸321伸出，往左侧推动第二滑块323向着起落架11处移动，从而将轮子12和起落架11的右侧锁紧。从而，将起落架11完全锁死，完成空天飞行器1与助推车3锁紧。
当助推车3将空天飞行器1加速到起飞速度后，第一锁紧气缸311收缩，带着第一滑块313向左侧远离起落架11的方向移动，第二锁紧气缸321收缩，带着第二滑块323向右侧远离起落架11的方向移动；从而，将空天飞行器1的起落架11和轮子12松开，然后升降气缸331将中间滑轨段343以及轮子12上升到助推车3的滑轨34中，此时中间滑轨段343与滑轨34重合，完成空天飞行器1起飞状态的分离过程。
参见图4和图8为空天飞行器1与助推车3分离状态示意图，当升降气缸331将中间滑轨段343以及轮子12上升到助推车3的滑轨34中时，滑轨电磁体36和起落架电磁体121同时通电，产生电磁力，使得空天飞行器1的轮子12位于滑轨34的中间，且只能沿着滑轨34中线运动。当空天飞行器1达到起飞速度时，助推车3开始减速，这样使得助推车3与空天飞行器1产生相对速度，空天飞行器1会由于其惯性的作用，沿着滑轨34的中心滑跑，完成分离过程。
本发明另一实施例提供一种空天飞行系统，包括空天飞行器1和助推车3，采用上述所述的锁紧分离装置，将所述空天飞行器1和助推车3进行锁紧或者分离。
本发明又一实施例提供一种空天飞行控制系统，参见图9，包括气泵5、气罐6、电磁阀以及若干管路。
进一步，所述电磁阀包括二位二通换向阀41、二位四通换向阀42以及二位三通换向阀43。
图9为本发明实施例中第一锁紧气缸311、第二锁紧气缸321、以及升降气缸331工作原理示意图，本实施例中，气泵5、气罐6、二位二通换向阀41、二位四通换向阀42以及二位三通换向阀43均设置在本实施例锁紧分离装置的外部，其控制系统的部件之间通过管路进行连接。
参见附图9，气罐6中的气体在气泵5的作用下，沿着a管路，依次经过二位四通换向阀42、二位三通换向阀43，然后分成2条管路，分别为a1路和a2路，其中a1路的气体经过升降气缸331，沿着b1路，经过二位二通换向阀41，然后沿着b管路，再经过二位四通换向阀42，返回至气罐6中；
其中a2路的气体经过分流，一部分气体沿着a21管路，经过第一锁紧气缸311，然后沿b21路，b2路，再经过二位四通换向阀42，b路返回至气罐6中；另一部分气体沿着a22管路，经过第二锁紧气缸321，然后沿b22路，b2路，再经过二位四通换向阀42，b路返回至气罐6中。
本实施例中，二位二通换向阀41、二位四通换向阀42、以及二位三通换向阀43的设置位置为本领域技术人员可以根据常规选择进行设置，诸如，可以在卡槽35的下方开设有有放置槽，将其二位二通换向阀41、二位四通换向阀42、以及二位三通换向阀43设置在放置槽内。
此外，本实施例中有管路的地方，可以布置有相应的线槽。该技术手段均为常规设置，在此不做赘述。
需要说明的是，在整个申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的试试方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
1.一种空天飞行器的锁紧分离装置，所述空天飞行器(1)包括飞行器机身(10)以及设置于所述飞行器机身(10)下部的起落架(11)，所述起落架(11)的下部设置有轮子(12)；其特征在于，所述锁紧分离装置包括锁紧结构和分离结构，且所述锁紧分离装置用以将所述空天飞行器(1)和助推车(3)锁紧或分离；
所述助推车(3)上设置有所述锁紧结构和滑轨(34)；所述锁紧结构包括第一锁紧结构(31)、第二锁紧结构(32)以及第三锁紧结构(33)；所述滑轨(34)的下部设置有卡槽(35)；
所述空天飞行器(1)和助推车(3)锁紧时，所述空天飞行器(1)的轮子(12)位于所述卡槽(35)内；
所述卡槽(35)的一侧设置有所述第一锁紧结构(31)，所述第一锁紧结构(31)包括第一锁紧气缸(311)、第一容纳腔(312)以及第一滑块(313)，所述第一锁紧气缸(311)设于所述第一容纳腔(312)内，所述轮子(12)和第一锁紧气缸(311)之间设置有所述第一滑块(313)；
所述卡槽(35)的另一侧设置有所述第二锁紧结构(32)，所述第二锁紧结构(32)包括第二锁紧气缸(321)、第二容纳腔(322)以及第二滑块(323)，所述第二锁紧气缸(321)设于所述第二容纳腔(322)内，所述轮子(12)和所述第二锁紧气缸(321)之间设置有所述第二滑块(323)。
2.根据权利要包括求1所述的锁紧分离装置，其特征在于，所述卡槽(35)的下部设置有所述第三锁紧结构(33)；
所述第三锁紧结构(33)包括升降气缸(331)和第三容纳腔(332)，所述升降气缸(331)设于所述第三容纳腔(332)内，所述轮子(12)和所述第二锁紧气缸(321)之间设置有所述中间滑轨段(343)。
3.根据权利要包括求1所述的锁紧分离装置，其特征在于，所述滑轨(34)包括第一滑轨段(341)和第二滑轨段(342)、以及设于所述第一滑轨段(341)和第二滑轨段(342)之间的中间滑轨段(343)。
4.根据权利要包括求3所述的锁紧分离装置，其特征在于，
所述空天飞行器(1)和助推车(3)分离时，所述空天飞行器(1)的轮子(12)位于所述滑轨(34)上，且所述第一滑轨段(341)、第二滑轨段(342)以及中间滑轨段(343)位于同一水平高度。
5.根据权利要包括求3所述的锁紧分离装置，其特征在于，所述空天飞行器(1)和助推车(3)锁紧时，所述第一滑轨段(341)、第二滑轨段(342)的水平高度高于所述中间滑轨段(343)。
6.根据权利要包括求3所述的锁紧分离装置，其特征在于，所述轮子(12)的前后两侧设置有起落架电磁体(121)；
所述起落架电磁体(121)与所述轮子(12)同轴设置。
7.根据权利要包括求6所述的锁紧分离装置，其特征在于，所述滑轨(34)的内壁设置有滑轨电磁体(36)；
所述空天飞行器(1)和助推车(3)分离时，所述轮子(12)位于所述滑轨(34)上，所述滑轨电磁体(36)的水平高度与所述起落架电磁体(121)齐平。
8.一种空天飞行系统，其特征在于，包括空天飞行器(1)和助推车(3)，所述空天飞行器(1)和助推车(3)采用权利要求1-7任意所述的锁紧分离装置进行锁紧或者分离。
9.一种空天飞行控制系统，其特征在于，包括气泵(5)、气罐(6)电磁阀以及若干管路。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述电磁阀包括二位二通换向阀(41)、二位四通换向阀(42)以及二位三通换向阀(43)。
技术总结