模拟月壤中着陆器足垫滑移受力的试验研究

月面着陆器着陆过程中巨大的冲击作用会影响着陆安全和精密仪器的正常工作,因此,研究着陆器足垫与月壤相互作用对着陆器软着陆具有重要意义。足垫的水平滑移是着陆过程中较为复杂的阶段,利用自行研制的水平拖曳模型试验装置,在模拟月壤中开展足垫水平滑移的模型试验,研究滑移过程中足垫水平力和竖向轴力的变化,并进一步探讨模拟月壤的相对密实度、足垫的水平速度、刺入深度和转动角度等4个因素对足垫水平力和竖向轴力的影响。试验结果表明:足垫所受到的水平力与竖向轴力呈近似线性关系,当足垫受较大的水平力时,相应的竖向轴力也较大;足垫受力随相对密实度、水平速度和刺入深度的增加而增大;足垫的转动角度对其受力影响显著,当足垫的转动角度为(8°,26°)时,足垫所受到的竖向轴力和水平力最小,当转动角度为(0°,-26°)时,足垫的受力最大,在滑移过程中该角度姿态利于着陆器的缓冲机构对能量的耗散。

着陆器足垫冲击模拟月壤的数值分析

针对竖向着陆冲击过程,开展大量的模拟月壤室内单元体试验,探讨模拟月壤材料参数的确定方法和取值范围.将着陆器按月地相似比尺简化为冲击筒体,建立着陆器足垫垂直冲击模拟月壤三维动力有限元模型,模拟分析在冲击荷载作用下的足垫轴力、速度和位移的实时动力响应,与室内模型试验结果进行对比,验证了该模型的合理性.计算表明:场地塑性区域呈形状变化的椭球,影响主要分布在2.0～3.0倍最大足垫直径深度范围内,撞击变形呈盆底形,速度响应滞后于轴力,位移响应滞后于速度.

着陆器足垫冲击月壤动态行为离散元仿真分析

研究着陆器与月壤的相互作用对着陆稳定性、安全性和着陆机构设计具有重要的意义。建立了具有角度的着陆器足垫冲击月壤的动态作用力学模型,并通过离散单元法分析了足垫在0°、8°、15°和22°冲击角度和1 m/s、2 m/s和4 m/s冲击速度下月壤的动态变化情况,得出了在冲击速度4 m/s、冲击角度为0°时,冲击力最大为5 080.6 N;在竖向位移相同的情况下,冲击角度越大冲击力越小。另外,足垫冲击月壤角度越大对月壤的压实作用越小,其中22°时,前后孔隙率变化为26.5%。冲击角度一定时,速度越大对月壤的压实较滞后,而压实程度较大,冲击速度为4 m/s时,前后孔隙率变化为78.1%。研究结果对着陆机构设计和着陆控制具有参考意义。