腿式著陸緩沖裝置吸能特性及軟著陸過程動力學仿真研究.pdf

1、隨著航天技術的飛速發(fā)展,人類對宇宙的探索不斷深入,在國際新一輪空間探索中,世界上多個國家對星球著陸探測技術進行了深入地研究。在星球著陸探測中,著陸器緩沖裝置是星球軟著陸成功與否的關鍵,雖然美國和前蘇聯(lián)已經(jīng)成功的對月球和火星進行了多次探測,但我國在星球探測軟著陸緩沖研究方面起步較晚,有很多關鍵性技術亟待突破。本研究在國家自然科學基金項目“著陸探測器新型緩沖結構智能設計方法及著陸穩(wěn)定性分析”支持下,開展腿式著陸器緩沖裝置吸能特性及其相關關鍵

2、技術的研究,為我國星球探測著陸器緩沖裝置的研制提供理論基礎與技術支撐,具有重要的科技和政治意義。
　　腿式著陸器緩沖裝置多采用蜂窩結構,為了研究蜂窩結構的緩沖性能需要分析其準靜態(tài)壓縮異面力學特性。本文首先以典型的六邊形蜂窩結構為研究對象,針對蜂窩結構的對稱性,對Y型蜂窩胞元進行力學建模,采用屈雷斯佳屈服準則和米塞斯屈服準則,建立基于簡化超折疊單元的六邊形蜂窩結構平均應力理論模型;基于彈性力學理論,建立準靜態(tài)載荷作用下六邊形蜂窩結構

3、異面峰值應力理論模型。通過對9種不同規(guī)格鋁蜂窩試件進行壓縮實驗研究,驗證所建立的準靜態(tài)壓縮條件下,六邊形蜂窩結構異面平均應力和峰值應力理論模型的準確性,為后續(xù)研究沖擊條件下蜂窩結構吸能特性,及腿式著陸器用蜂窩結構緩沖裝置的設計奠定基礎。
　　針對緩沖裝置通常受沖擊載荷作用,基于薄板彎曲理論建立沖擊載荷作用下,六邊形蜂窩結構動態(tài)平均應力理論模型,在此基礎上建立沖擊載荷作用下,六邊形蜂窩結構質(zhì)量比吸能和體積比吸能的數(shù)學模型,分析沖擊速

4、度及結構參數(shù)對動態(tài)吸能特性的影響。通過有限元仿真,驗證理論分析模型的正確性。使用沖擊實驗機對9種不同規(guī)格正六邊形鋁蜂窩的動態(tài)吸能特性進行實驗研究,以驗證理論模型和有限元模型的正確性。分析沖擊載荷作用下蜂窩孔腔內(nèi)氣體對蜂窩結構動態(tài)平均應力的影響,并進行實驗驗證。
　　建立沖擊載荷作用下不同拓撲蜂窩結構的有限元分析模型,開發(fā)正方形等5種拓撲蜂窩結構的參數(shù)化建模分析程序?；陧憫娣椒?建立不同拓撲蜂窩結構峰值應力、質(zhì)量比吸能和體積比吸

5、能的數(shù)學模型。分析蜂窩相對密度對動態(tài)吸能特性的影響。分析相同峰值應力條件下,5種不同拓撲蜂窩結構比吸能特性。研究結果不僅可以為腿式著陸器蜂窩結構緩沖裝置的優(yōu)化設計提供技術支持,同時對解決緩沖裝置小型化、輕量化設計問題具有重要意義。
　　針對著陸器緩沖裝置小型化與輕量化設計目標,考慮著陸器緩沖裝置設計成本與設計效率,提出腿式著陸器緩沖裝置設計流程和設計要求,以四腿懸臂式著陸器為研究對象,對著陸器用二級串聯(lián)蜂窩結構緩沖裝置進行優(yōu)化設計