一种用于运载火箭末段着陆与体检的复合套筒装置及回收体检方法与流程

本技术涉及可重复使用运载火箭回收，尤其涉及一种用于运载火箭末段着陆与体检的复合套筒装置及回收体检方法。

背景技术：

1、可重复使用运载火箭是降低航天发射成本的关键装备，在运载火箭一级完成轨道任务并再入返回时，从其返回再入大气层至再次准备发射，中间需经历几个关键工序，主要包括：第一、末段着陆——运载火箭一级必须以可控速度和精确位置着陆于回收场地；第二、着陆后转运——运载火箭一级从着陆点被吊装、运输至维护场地或设施；第三、复用前体检——对运载火箭一级进行结构完整性、缺陷扩展、剩余寿命的全面检测，以判断是否可以进入下一次发射任务。

2、现有技术对上述三项工序普遍采用工序间相互独立、设施间相互分散的处理方式。利用火箭自带可折叠着陆腿支架或采用塔架机械臂夹持或海上回收等方式回收后，体检设施通常与着陆设施分离，需采用大型起重机将火箭在着陆点吊起、装载入转运车辆、走专用运输路径运输至维护场地或设施上，再进行深度拆解和体检。

3、工序间相互独立的处理方式需要对火箭进行两次转移，一是从着陆场到维修场地之间的转运，二是火箭拆解后再装载到专门的体检装置上，每一次转移需要专门的吊装机具和运输车辆和通道，时间周期长、成本高；且转运过程火箭也有二次损伤的风险，增加结构完整性评估的难度，产生更大的时间和经济成本；第三，经过几天或几周的转运后，无法在第一时间获取更准确的火箭体检数据，因为火箭在着陆后立即体检与在数日后体检相比，前者更能反映飞行任务结束时刻的真实结构状态，后者则可能掩盖某些与飞行末段瞬时载荷相关的损伤特征。

4、因此，亟需一种回收装置和方法，不需要转运和拆解，能够在同一场地连续完成火箭回收和体检过程，将能大幅缩短火箭复用周期及降低复用成本。

技术实现思路

1、本技术提供一种用于运载火箭末段着陆与体检的复合套筒装置及回收体检方法，能够将火箭直立地回收到套筒装置中，并直接在原地进行整体体检，解决了火箭需转运和拆解的问题。

2、为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、一种用于运载火箭末段着陆与体检的复合套筒装置，包括复合套筒、固定于复合套筒内壁的多功能元件阵列、固定于火箭外部的磁性元件阵列、安装于复合套筒内底部的火箭锁定机构、设置于复合套筒底部的向复合套筒内注入和排出液体耦合介质的介质注入机构以及体检数据处理系统，控制系统与多功能元件阵列、锁定机构、介质注入机构、体检数据处理系统连接；复合套筒为一端开口另一端封闭的导电中空筒体，开口向上，复合套筒高度为火箭末段减速所需的距离，内径大于火箭外径；在复合套筒的同一横截面内壁上沿周向间隔固定偶数个多功能元件单元，构成一层多功能元件组，沿复合套筒轴向间隔布置多层多功能元件组，组成多功能元件阵列；每个多功能元件单元包含一个磁场源和一个超声换能器单元，超声换能器单元与磁场源之间通过电磁屏蔽层相互隔离，磁场源使用电磁铁；磁场源的磁极沿复合套筒径向磁化，每层多功能元件组中相邻磁场源磁极相反；磁性元件阵列包括沿火箭轴向间隔布置的多层磁性元件组，每层磁性元件组包括沿火箭周向间隔固定与磁场源数量相等位置对应的磁性元件，磁性元件磁极沿复合套筒径向磁化，相邻磁性元件的磁极方向相反，调整火箭姿态使其进入复合套筒时，每个磁性元件朝外侧的磁极与对应的磁场源面向中心的磁极相同；多功能元件阵列中的所有超声换能器单元与体检数据处理系统连接，控制系统控制各超声换能器单元按预定时序轮流发射声波和接收回波，将回波数据传递给体检数据处理系统，体检数据处理系统根据回波数据识别当前火箭的结构缺陷和缺陷演化趋势，输出复用决策报告。

4、作为一种实施方式，在多功能元件单元中，超声换能器单元采用磁屏蔽材料封装或使用对磁场不敏感的压电材料，设置于磁场源的中心孔内。

5、作为一种实施方式，多功能元件阵列分成独立的磁场源阵列和超声换能器阵列，每层磁场源阵列和每层超声换能器在复合套筒轴向交替布置。

6、作为一种实施方式，复合套筒上安装诱导扩口段，诱导扩口段为大径朝上的锥形中空体。

7、作为一种实施方式，在复合套筒的液体耦合介质液位以下安装多功能元件阵列，在液位以上的复合套筒内壁和诱导扩口段内壁只安装磁场源阵列，磁场源阵列的布置方式与多功能元件阵列相同，诱导扩口段内每层磁场源数量与复合套筒内的每层磁场源数量相等、位置相对应。

8、作为一种实施方式，多功能元件阵列通过非铁磁性导电材料制作的支撑座安装于复合套筒内壁，磁性元件阵列通过非铁磁性导电材料制作的安装基座安装于火箭外部；支撑座和安装基座均为整体制作的薄壁套筒，两端不封闭。或者在火箭上仅固定安装基座，不设置磁性元件。

9、作为一种实施方式，体检数据处理系统包括三维重建模块、比对识别模块、趋势分析模块和报告生成模块；三维重建模块生成火箭三维结构图像，比对识别模块将本次重建的结构数据与基准声学指纹数据库中的基准数据进行比对，识别出火箭结构缺陷；趋势分析模块将本次重建的数据与基准声学指纹数据库中的历史扫描数据相比对，分析缺陷的演化趋势；报告生成模块根据比对识别单元的比对结果和趋势分析模块的分析结果，综合评判输出复用决策报告。

10、作为一种实施方式，介质注入机构包括注液泵、排液泵、液位传感器，注液泵、排液泵通过管道与外部介质容器连接，液位传感器安装在设定的液面高度位置。

11、一种复合套筒装置进行运载火箭末段着陆与体检的回收体检方法，按照以下步骤进行：s1 火箭回收，激活复合套筒装置的磁场源和磁性元件，磁场源与火箭上磁性元件的磁场对火箭产生指向复合套筒中心的横向恢复力和向上的电磁制动力，使火箭停在复合套筒底部中心；s2锁定火箭位置：锁定机构将火箭锁定在停泊位置；s3体检准备：关闭磁场源，超声换能器单元进入激活待机，在复合套筒内注入液体耦合介质至预定高度；s4火箭体检：各超声换能器单元按预设时序发射超声脉冲、接收反射回波，回波数据传输至体检数据处理系统，输出复用决策建议。

12、作为一种实施方式，s4中体检数据处理系统处理数据的方法为：s4.1对超声换能器阵列采集的回波数据进行处理，重建出火箭的内部三维结构图像；s4.2将本次成像数据与本火箭的基准声学指纹数据库中的基准数据进行比对，识别出火箭结构缺陷; s4.3将本次成像数据与基准声学指纹数据库中的历史检测数据相比对，分析每处缺陷的演化过程，预测缺陷发展趋势；s4.4根据比对结果和预测缺陷发展的趋势，综合评判输出复用决策建议。

13、作为一种实施方式，所述超声换能器单元的预设时序及体检数据处理系统的成像方法采用相控阵合成孔径聚焦成像法；本次成像数据与本火箭的基准声学指纹数据库通过逐体素差分法或深度学习算法进行比对。

14、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

15、本发明的复合套筒装置兼顾回收和体检工序的物理空间一体化集成，省去了着陆与体检之间的转运工序，在火箭着陆停泊后，无需吊装、运输、再装卸，直接在原位接受体检，大幅缩短复用周期，典型情况下可将"着陆到体检完成"的时间从数天缩短至数小时之内。

16、本发明只用一套设施即可完成原本多套设施承担的工作，显著降低发射场地基础设施投资。

17、由于运载火箭一级在着陆和体检之间不发生位置转移，免除了吊装、运输、装卸过程中可能引入的额外应力载荷，降低二次损伤风险，使体检数据更能反映飞行任务结束时刻的真实结构状态。

18、本发明装置可在运载火箭一级着陆后短时间内开始体检，能捕捉到与飞行末段瞬时载荷相关的损伤特征，而这些特征在数小时后可能因应力释放、温度平衡等过程而部分消失，所以体检数据时效性显著提高。

19、本发明多功能元件阵列在不同工作阶段切换功能，同一套元件阵列既承担电磁制动减速元件的功能，又承担超声换能器元件体检的功能，使复合套筒内壁的物理空间被高效利用，降低整体设备成本和复杂度。

20、本发明体检方法中使用相控阵合成孔成像法能在超声换能器不移动的情况下对火箭进行全面体检，使火箭在不分解的情况下便能达到高标准的检测要求，为本发明省略返厂拆解检测工序提供了重要支撑。

21、体检数据处理系统利用深度学习算法对火箭的缺陷发展做出准确判断，为火箭再次安全使用提供了重要保障。