足垫垂直冲击月壤理论模型研究

为分析足垫冲击月壤运动特性,基于岩土力学理论,细化了足垫月面冲击环节,构建了足垫垂直冲击月壤的理论模型,可以快速预测足垫与月壤的相互作用特性;开展了离散元仿真验证,提取了着陆缓冲过程中冲击响应时间、足垫侵入月壤深度、轴向力及着陆过载等动力学特征参数;对比了不同着陆速度、不同足垫质量冲击工况下,离散元仿真与理论模型的计算结果。研究表明:理论模型可以反映足垫冲击月壤的运动特性及力学特性,与仿真计算误差在15%以内:理论模型在分析足垫冲击月壤时,可以代替离散元仿真分析,用于指导方案设计,具有工程实用价值。

基于离散元理论的月球着陆器月面着陆冲击碰撞特性研究

为解决载人登月着陆器着陆冲击安全性问题,文章设计和研制了全尺寸载人登月舱月面着陆缓冲装置原理样机,并进行了试验验证。在进行着陆冲击试验时,发现模拟月壤对于着陆冲击能量的吸收率大约占比50%。从这一点来说,着陆冲击能量有一半被月壤等散体介质吸收,因此对于着陆器和月壤之间着陆耦合冲击响应的研究是十分有意义的。不同于一般的有限元仿真分析技术,文章分析着陆器的着陆特性是采用理论和基于EDEM软件的离散元分析技术开展的,且离散元技术更加适合分析月壤这种散体介质。基于模拟月壤和离散元理论,文章建立了着陆器和模拟月壤相互作用的理论模型和离散元模型。通过不同工况条件下的对比分析获得了着陆器和月壤之间的影响关系,初步揭示了着陆器与月壤散体系统间能量传递与耗散机理,为设计安全载人登月月面着陆器提供必要的试验数据与理论基础。该研究为研制大收拢比、大尺寸、大质量、低过载的载人登月舱月面着陆缓冲装置积累了经验。