着陆器小型样机三维落震实验装置的设计与仿真

继探月工程和首次火星探测后,小行星探测、载人登月等星表探测任务也将陆续开展,对星表软着陆装置提出了更多、更高的要求。目前着陆器地面试验装置仅可定量模拟释放高度和水平速度,无法对不同触地姿态进行准确设置,无法测取不同触地姿态下的缓冲性能,提出一种样机释放姿态可控的新型地面实验装置,介绍了其结构设计及工作原理,分析了重要零部件的设计合理性,建立了悬吊释放系统的力学模型,推导出不同释放倾角下最优水平补偿加速度的求取方法。Adams和Matlab联合仿真结果表明,该装置可以准确实现着陆器小型样机在不同触地姿态下的落震缓冲,为后续的工程样机设计和优化提供参考依据。

吸气式多级电流体推进器性能研究

吸气式电流体动力(Electrohydrodynamic,EHD)推进器通过多级加速的方式可以有效提高推力,缓解航空器在空间环境下燃料不足的问题。为了探索不同参数下推进器的性能变化规律,分别研究了海拔、电压、电极间距和推进器级数等对电流体推进器的影响,通过求解电流体力学基本方程获得了放电、流动及推进特性相关的数据。研究发现,推进器在海拔0~20 km存在较大的性能差异,当海拔增大时,电极可施加的极限电压明显减小,电流及空气流速均有不同程度的降低。单级加速腔在海拔0 km处产生的最大推力是海拔20 km处的18.4倍,对应的推功比是海拔20 km处的3.1倍。多级推进器的推进性能并不等同于多个单级加速腔的代数相加,其前后两级电极的相互干扰会导致电场强度和电荷密度均发生变化,产生的反向电场将阻碍气体的流动。当推进器级数由1提升至5时,总推力由1.7 mN提升至6.53 mN,增大3.84倍;而推功比由0.94 N/kW降至0.58 N/kW,减小61.7%。

仿猫月球着陆缓冲机构设计与缓冲特性研究

针对现有被动式铝蜂窝月球着陆器缓冲力波动大、无法重复使用的问题,提出一种基于磁流变缓冲器的仿猫月球着陆缓冲机构。首先,开展了不同高度平台的家猫跳落实验,对其跳落着陆姿态与前/后腿触地冲量进行了分析,探究其缓冲吸能机理;实验结果表明猫后腿的缓冲吸能占比更高。其次,结合猫跳落实验与中国嫦娥系列月球着陆器参数,设计了一种新构型仿猫着陆缓冲机构,并将其与嫦娥着陆器进行了仿真分析对比。结果表明,所提出的仿猫月球着陆缓冲机构,其机体最大加速度降低了18.3%,具有更为出色的着陆性能。其前腿缓冲吸能贡献约为40%,后腿的缓冲贡献度约为60%,与家猫高台跳落实验结果基本吻合,验证了仿猫月球着陆缓冲机构设计方案的合理性。

液态金属磁流体发电系统气液两相混合器设计与数值模拟

针对液态金属磁流体(Liquid metal magnetohydrodynamic,LMMHD)发电系统,设计出四种气—液态金属两相混合器,对液态金属(镓铟锡合金)和二氧化碳气体在混合器及发电通道内的两相流场进行模拟和对比分析,同时对具有最佳混合效果的混合器所连接的发电通道的发电性能进行研究。结果表明,利用诱导磁场法预测计算得到的空载电压计算值与理论值相比,误差小于5%;在相同气液入口压力(pl=pg=1.5 MPa)条件下,不同气液两相混合器结构可以产生搅拌流、环状流、弹状流和分散流等流型;在不同气液入口压力下,综合考虑发电通道内的两相流型、液态金属的平均体积分数、平均速度和均匀度,发现双喷嘴式混合器(model 4)的混合效果最佳;此外,发电通道内的电流密度和平均电磁功率密度的大小均与液态金属的体积分数呈正相关。