月球探测器软着陆机构展开动力学仿真分析

可展开的软着陆机构是月球探测器的重要组成部分。以带间隙的多体系统动力学理论为基础,针对一型采用四支撑悬臂式软着陆机构的月球探测器在ADAMS中建立了虚拟样机模型,分别就主着陆腿系统结构柔性,主着陆腿与基体连接间隙,展开驱动力及探测器自旋等因素对软着陆机构展开过程的影响进行了仿真分析。结果表明,在机构展开锁定瞬间由于结构柔性会产生难以衰减的振动,而间隙在一定程度上有利于该振动衰减。展开驱动力越大,展开越快,锁定激振振幅越大,但由展开进入稳定状态所需总时间可更短。探测器自旋则有助于机构的展开,但自旋速度较高时对结构振动有明显影响。该结果可为软着陆机构展开方案的设计提供帮助。

月球探测器软着陆机构着陆腿模型与仿真分析

给出了着陆动力学分析的数学模型,并在分析铝蜂窝材料缓冲特性的基础上,建立了铝蜂窝缓冲器模型,将其应用于软着陆机构单条着陆腿冲击仿真。仿真结果表明,该模型在缓冲行程、能量吸收及缓冲后加速度响应峰值等方面与试验结果基本一致。为软着陆机构着陆冲击动力学分析时铝蜂窝建模提供参考。

月球着陆器软着陆机构着陆稳定性仿真分析

介绍了软着陆机构仿真模型,提出了着陆稳定性判据和稳定性边界的离散化搜寻策略,并以实际算例给出了由着陆器着陆瞬时的竖直速度、水平速度、偏航角和月面倾角等主要影响因素确定的着陆稳定性边界。分析结果表明:对称着陆比非对称着陆更稳定;横向速度较大时支柱联接点容易发生强度破坏;当着陆面存在坡度时,横向速度沿下坡方向相对于沿上坡方向而言,着陆器更容易翻倒。

着陆器软着陆机构的动力学分析

以某型号着陆器软着陆机构为研究对象,采用MSC.Patran/Nastran对软着陆机构进行模态分析,得到结构模态的主要影响因素,主要包括机构尺寸和装配连接方式.主要分析了软着陆机构中主支柱、辅助支柱活塞杆和活塞筒壁厚、以及活塞筒端盖厚度对模态频率的影响,并对主支柱、辅助支柱活塞杆和活塞筒装配连接方式进行研究,接着提出一种基于Bush单元的装配连接方式,有效地解决了传统方法中用MPC(Multiple Point Constraint)刚性连接来模拟装配连接的不足,使仿真结果更加准确.最后对收拢状态下的模型进行了频率响应分析,结果发现在给定的频率范围内结构不会发生共振,进一步说明结构设计的合理性.

月球探测器软着陆机构展开过程的运动学分析

软着陆机构是月球探测器实现软着陆的关键部件。针对一种四腿式软着陆机构方案,论述了该软着陆机构展开的工作原理,分析了机构的奇异性,推导了机构不发生奇异的条件,建立了展开机构的运动学方程组,采用Newton-Raphson法求解了该非线性运动学方程组,获得了主支撑杆运动参数的变化规律。

运载火箭垂直返回着陆机构构型优化与设计

针对运载火箭垂直返回着陆机构方案进行研究,用图论分析、拓扑分析等方法,对不同着陆机构设计方案进行了对比分析,开展着陆机构构型方案优选。以高可靠性为目标,确定了单闭环链的机构方案;以高效率为目标,确定了相关运动副选择方案;兼顾考虑机构能源简化性等因素,提出了一种基于榫锁锁定形式的新式着陆机构设计方案。研究成果可为重复使用运载火箭垂直返回着陆机构研制提供方案参考和技术支持。

可重复使用火箭着陆回收机构的试验验证技术

着陆回收机构是可重复使用火箭的关键技术之一。本文围绕三角式着陆腿回收机构的试验验证技术,首先介绍了主腿榫锁结构、推冲杆和铝蜂窝等关键部件的试验验证情况,再对着陆腿展开和着陆冲击的系统级试验验证情况进行阐述,分析展开过程和着陆冲击过程的特点,获得不同动作时序、不同着陆速度等工况的影响,验证着陆腿方案设计的正确性。

一种新型软着陆展开锁定机构设计与展开运动学分析

针对传统探测器软着陆展开锁定机构复杂、可靠性不高的缺点,提出一种新型软着陆展开锁定机构。该机构压紧、展开和锁定装置共用一套机构,具有展开过程平稳、机构简单、可靠性高等优点。介绍了该新型软着陆展开锁定机构的展开原理,分析了该机构的奇异性,建立了其运动学方程组,获得了主支柱主要参数运动变化规律。研究结果表明,该新型软着陆展开锁定机构在展开过程中无奇异点,展开过程运动平稳。

超重-星舰运输系统机构技术分析

超重-星舰(Super Heavy-Starship)运输系统是美国太空探索公司(Space Exploration Technologies Corp.,SpaceX)提出的两级完全可重复使用重型运载火箭。超重-星舰运输系统广泛应用机构技术以实现火箭的连接分离、气动控制、着陆缓冲等功能,同时采用高压冷气等取代传统火工品作为动力源。针对超重-星舰运输系统的着陆缓冲机构、栅格舵机构、阻力舵机构、级间分离机构、气驱机构,阐述机构组成、工作原理、设计思路、优缺点,总结SpaceX公司机构技术的创新点,分析中国运载火箭机构技术在研制及应用方面的差距和不足,并提出相应的发展建议。

月球着陆器着陆缓冲机构设计方法研究

着陆缓冲机构是着陆器实现月球或行星探测软着陆的关键部件之一,它直接关系到软着陆探测任务的成败。文章根据着陆缓冲机构的功能和特点,提出了从概念设计、方案比较到方案确定、详细分析和试验验证的方案设计流程,并结合月球着陆器着陆缓冲机构的研制经验,对每个阶段的设计方法进行了阐述,可供后续深空探测任务着陆缓冲机构设计借鉴和参考。

航天器着陆缓冲机构技术研究进展

航天器着陆缓冲机构是开展地外天体着陆探测的核心装置,其着陆性能直接关系到整个探测任务的成败。本文梳理并总结了现有航天器着陆缓冲机构的相关设计技术,重点介绍了航天器着陆缓冲方法、机构构型和地外小天体着陆/锚定机构,并对其优缺点和适用情况进行了总结分析。其次,针对各类着陆缓冲机构总结了动力学分析技术现状,对比了理论解析模型法、全机刚体仿真分析法、刚柔耦合仿真分析法、全机柔性仿真分析法和半主动控制仿真法等动力学分析方法的优劣。再次,论述了地面等效试验技术的研究进展,阐述了滑轮平衡法、斜坡模拟法和全机1/6尺寸模型法3种地面等效试验方法的主要特点。最后,结合未来深空探测需求,对航天器着陆技术存在的问题、及发展趋势进行了总结与展望。

“天问一号”着陆缓冲机构吸能材料设计分析与试验验证

着陆缓冲机构是“天问一号”火星探测器在行星表面软着陆时的关键部件之一,需要采用吸能效率高、耐高低温的能量吸收材料。介绍了火星探测器着陆缓冲机构中采用高锰奥氏体孪生诱发塑性钢(Twining Induced Plasticity,TWIP)制拉杆的能量吸收设计。给出了TWIP钢的高塑性变形微观机理和力学特性。试验结果表明,TWIP钢具备600 MPa拉伸应力和72%拉伸应变的高塑性变形能力。通过仿真分析和试验验证方法,验证了TWIP钢制拉杆在火星探测器着陆缓冲机构中的应用效果。结果表明,着陆缓冲机构能够在各种复杂着陆工况下保证稳定的能量吸收性能。

重复使用火箭着陆缓冲的机构冲击动力学分析及实验验证

为描述运载火箭着陆引起的着陆缓冲机构横向振动,提出一种等效模型,将着陆引起的激励等效为冲击激励和稳态激励的叠加。采用假设模态法求解着陆缓冲机构的横向振动模态,并考虑轴向力与横向振动的耦合,进一步通过模态叠加法求解振动响应,得到由着陆冲击引起的着陆缓冲机构横向振动的半解析解。基于真实产品进行的垂直着陆冲击实验结果表明,该模型可较精确地描述着陆缓冲机构横向振动的响应和最大弯矩。基于该模型,分析着陆缓冲机构的构型参数和材料强度对着陆缓冲机构的影响,研究结果可为实际工程相关着陆缓冲机构的参数设计提供指导。

载人月球探测器着陆缓冲机构构型方案研究

针对铝蜂窝缓冲器永久变形不利于探测器姿态调整的问题,提出了一种悬臂式着陆缓冲机构构型方案,采用丝杠滑块装置实现探测器姿态调整、着陆腿展开和收拢等功能,并开展了该机构参数设计和载荷分析。通过建立动力学模型,进行了着陆及姿态调整动力学仿真计算,验证了构型尺寸与载荷参数正确性。可为后续载人月球探测的着陆缓冲机构方案设计提供参考。

月球探测器着陆缓冲机构精密装配技术

介绍了嫦娥五号着陆缓冲机构的构成、关键部件以及整机装配方法。通过选取高精度装配基准,设计专用加载保持力装配工装,解决波纹管装配弱刚性、稳定性差问题,实现主支柱波纹管和铝蜂窝高精度装配;采用大尺寸弹簧径向对正装配方法,解决多功能辅助支柱展开时卡滞、阻力大等难题;合理制定集成装配工艺路线,优化装配路径,实现缓冲机构整机的高可靠支撑、高精度锁定与展开。

国外深空探测器着陆缓冲系统的特点和应用

主要介绍国外月球和行星探测器的着陆缓冲系统的特点与应用。着陆缓冲系统的基本类型包括软着陆机构、气囊缓冲装置和空中悬吊机结构。其中:软着陆机构由着陆架(腿)、缓冲器和展开锁定机构组成,具有质量较大,结构较简单、可靠的特点,在美国"勘测者"、"阿波罗"、"梦神"和苏联月球号等着陆器中得到了应用;气囊缓冲装置由气体发生器、气囊组件,以及缩回与展开机构组成,具有质量小、包装容积小和着陆稳定性好的特点,在美国"火星探路者"、"火星探测巡视器",苏联早期月球号着陆器,以及欧洲"贝皮-哥伦布"水星探测器中得到了应用;空中悬吊机结构由空中悬吊机及其推进系统等组成,具有着陆速度低、冲击小和安全可靠的特点,在美国"火星科学实验室"的好奇心号巡视器上得到了应用。

载人登月舱月面着陆缓冲装置设计与研制

基于着陆冲击动力学实现载人登月舱月面着陆缓冲装置的方案设计,并分别开展机构运动分析、振动响应分析和着陆冲击特性分析,对着陆缓冲装置进行了全面的仿真分析计算。在此基础上研制了全尺寸载人登月舱月面着陆缓冲装置原理样机,并结合分析优化结果进行了试验验证。该研究为研制大收拢比、大尺寸、大载重、低过载的载人登月舱月面着陆缓冲装置奠定了技术基础。

着陆工况对月球着陆器着陆缓冲性能影响分析

复杂的着陆工况对月球着陆器缓冲机构的工作可靠度影响很大。基于典型的四腿式月球着陆器建立月面着陆过程动力学仿真模型,构造了二阶响应面等效分析模型进行敏感度分析,分析了着陆工况各组成因子对着陆器缓冲机构缓冲性能的影响,发现对缓冲性能影响显著的工况因子有足垫与月面摩擦系数、竖直速度、沿z轴方向水平速度、等效月面坡度及绕y轴转角。通过蒙特卡洛模拟研究了工况因子取值对缓冲性能的影响,并通过贝叶斯公式计算了可控着陆工况因子不同取值时的缓冲可靠度。研究发现,采用光滑足垫及降低关闭发动机时着陆器距月面的高度可以提高着陆器的着陆缓冲可靠度。

着陆器着陆缓冲性能试验方法研究

着陆缓冲机构是着陆器借以实现安全、稳定软着陆的一种重要装置。鉴于着陆初始条件的多样性,系统级缓冲性能需在有限的试验工况中进行充分验证。文章基于“阿波罗”登月舱3类相关试验方法,提出了一种无需额外设计和加工试验件,无需模拟其他重力场,在地球重力场下的全尺寸模型试验方法。在对各着陆初始条件大量组合工况的仿真结果统计分析后,给出了试验验证工况的确定原则;明确了试验实施过程中的质量配比原则、地球重力场对试验的影响、地貌特征模拟方法及试验测量参数与数据处理要求。该方法对于后续深空探测以及载人登月着陆缓冲机构综合缓冲性能的试验验证具有指导意义。

嫦娥三号着陆器着陆缓冲系统设计与验证

着陆器着陆缓冲系统是嫦娥三号着陆器的重要组成部分,它主要用于保证嫦娥三号着陆器在月面的稳定、安全着陆以及对着陆器的长期有效支撑.本文给出了着陆缓冲系统的主要功能要求、设计时所应考虑的主要因素及最终设计方案,并介绍了仿真试验及地面物理试验的主要验证项目、验证方案及验证结果.嫦娥三号着陆器在月面的稳定、安全着陆表明,着陆缓冲系统设计所考虑的因素全面,设计方案合理,验证方案科学,地面验证充分,产品性能稳定可靠,满足着陆要求.