腿式著陸緩沖裝置吸能特性及軟著陸過程動力學(xué)仿真研究.pdf

1、隨著航天技術(shù)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(shù)進(jìn)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(guān)鍵,雖然美國和前蘇聯(lián)已經(jīng)成功的對月球和火星進(jìn)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(guān)鍵性技術(shù)亟待突破。本研究在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“著陸探測器新型緩沖結(jié)構(gòu)智能設(shè)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(guān)關(guān)鍵

2、技術(shù)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(chǔ)與技術(shù)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(jié)構(gòu),為了研究蜂窩結(jié)構(gòu)的緩沖性能需要分析其準(zhǔn)靜態(tài)壓縮異面力學(xué)特性。本文首先以典型的六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)為研究對象,針對蜂窩結(jié)構(gòu)的對稱性,對Y型蜂窩胞元進(jìn)行力學(xué)建模,采用屈雷斯佳屈服準(zhǔn)則和米塞斯屈服準(zhǔn)則,建立基于簡化超折疊單元的六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)平均應(yīng)力理論模型;基于彈性力學(xué)理論,建立準(zhǔn)靜態(tài)載荷作用下六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)

3、異面峰值應(yīng)力理論模型。通過對9種不同規(guī)格鋁蜂窩試件進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證所建立的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮條件下,六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)異面平均應(yīng)力和峰值應(yīng)力理論模型的準(zhǔn)確性,為后續(xù)研究沖擊條件下蜂窩結(jié)構(gòu)吸能特性,及腿式著陸器用蜂窩結(jié)構(gòu)緩沖裝置的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
　　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(jié)構(gòu)動態(tài)平均應(yīng)力理論模型,在此基礎(chǔ)上建立沖擊載荷作用下,六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)質(zhì)量比吸能和體積比吸能的數(shù)學(xué)模型,分析沖擊速

4、度及結(jié)構(gòu)參數(shù)對動態(tài)吸能特性的影響。通過有限元仿真,驗(yàn)證理論分析模型的正確性。使用沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)對9種不同規(guī)格正六邊形鋁蜂窩的動態(tài)吸能特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,以驗(yàn)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(jié)構(gòu)動態(tài)平均應(yīng)力的影響,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　建立沖擊載荷作用下不同拓?fù)浞涓C結(jié)構(gòu)的有限元分析模型,開發(fā)正方形等5種拓?fù)浞涓C結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模分析程序?；陧憫?yīng)面方法,建立不同拓?fù)浞涓C結(jié)構(gòu)峰值應(yīng)力、質(zhì)量比吸能和體積比吸

5、能的數(shù)學(xué)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(yīng)力條件下,5種不同拓?fù)浞涓C結(jié)構(gòu)比吸能特性。研究結(jié)果不僅可以為腿式著陸器蜂窩結(jié)構(gòu)緩沖裝置的優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)支持,同時對解決緩沖裝置小型化、輕量化設(shè)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(shè)計目標(biāo),考慮著陸器緩沖裝置設(shè)計成本與設(shè)計效率,提出腿式著陸器緩沖裝置設(shè)計流程和設(shè)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(jié)構(gòu)緩沖裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計