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火星降落伞柔性连接技术力学特性研究

北京航空航天大学学报 2023年

作者：赵淼贾贺武士轻刘涛刘宇李健北京空间机电研究所中国航天科技集团有限公司航天进入减速与着陆技术实验室

作为火星探测器减速着陆过程中必须的气动减速系统，火星降落伞对小质量、大承载连接构件的需求日益增长。传统的降落伞多采用金属构件作为连接件传递载荷，然而金属构件不仅承受着因高密度压缩而引起柔性织物损坏的风险，还面临着自身... 详细信息

作为火星探测器减速着陆过程中必须的气动减速系统，火星降落伞对小质量、大承载连接构件的需求日益增长。传统的降落伞多采用金属构件作为连接件传递载荷，然而金属构件不仅承受着因高密度压缩而引起柔性织物损坏的风险，还面临着自身比重过大探测器长时间航行燃料不足的问题，难以应用于火星环境的减速着陆系统。针对这种情况，本文提出了一种新型的柔性连接技术，旨在降低柔性织物磨损和系统重量的同时提升连接构件的载荷承载能力。研究过程采用两步数值建模分析结合试验验证的方法，首先采用集中参数法构建柔性连接的动力学模型，然后将动态仿真结果参数作为有限元的边界条件，分析各连接点处的接触状态，最后结合试验数据对降落伞减速系统的强度进行验证，数值模拟结果与试验数据一致性良好。研究结果表明，相比于金属构件，柔性连接技术使得降落伞连接强度提升1.67倍，重量减轻58.3%，接触位置的应变随开伞速度的增加而变大；新型柔性连接装置能够承受火星环境的开伞载荷，可为火星降落伞的设计提供重要参考依据。

关键词：火星降落伞柔性连接软环套力学特性数值仿真试验验证

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几何形状对十字伞充气和滑翔性能的影响

航天返回与遥感 2022年第5期43卷 48-58页

为了研究几何形状对十字伞充气和滑翔性能的影响,文章采用LS-DYNA软件中的结构化任意拉格朗日-欧拉(S-ALE)流固耦合求解器,利用数值仿真对5种不同几何形状的十字伞进行了动态开伞过程模拟,得到了十字伞展开过程中不同时刻的伞衣形状,并... 详细信息

为了研究几何形状对十字伞充气和滑翔性能的影响,文章采用LS-DYNA软件中的结构化任意拉格朗日-欧拉(S-ALE)流固耦合求解器,利用数值仿真对5种不同几何形状的十字伞进行了动态开伞过程模拟,得到了十字伞展开过程中不同时刻的伞衣形状,并对不同伞型的充气性能进行了对比分析。此外,对充气稳定后的十字伞,通过在其伞绳端施加恒定载荷使其具备滑翔能力,并对比分析了5种伞型的滑翔性能。数值结果表明,异形结构对十字伞的充气性能影响较大,但对滑翔性能的影响因伞型而异,十字伞的长宽比对充气和滑翔性均具有较大影响。

关键词：充气性能滑翔性能十字伞流固耦合航天返回

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带囊返回舱垂直着水冲击特性研究

载人航天 2022年第4期28卷 510-516页

作者：武士轻竺梅芳房冠辉雷江利李博北京空间机电研究所北京100094 中国航天科技集团有限公司航天进入、减速与着陆技术实验室北京100094

针对带囊返回舱着水冲击过程不明晰的现状,结合构建的舱-囊-水-空气四者耦合的力学模型,进行了返回舱过载、速度、位移、气囊囊压等特征参数及水体变形情况的研究,量化了典型工况下返回舱着水冲击过程,并与带囊着陆、无囊着水工况进行... 详细信息

针对带囊返回舱着水冲击过程不明晰的现状,结合构建的舱-囊-水-空气四者耦合的力学模型,进行了返回舱过载、速度、位移、气囊囊压等特征参数及水体变形情况的研究,量化了典型工况下返回舱着水冲击过程,并与带囊着陆、无囊着水工况进行了对比分析。研究表明:在垂直着水过程中,气囊、舱与水接连冲击导致出现2次过载,且最大过载出现在舱体与水的相互作用时;随着初始着水速度的增大,舱体过载峰值逐渐增大,过载峰值出现时间逐渐提前,均为舱体与水的接触冲击导致;与带囊着陆相比,返回舱带囊垂直着水过载峰值超过了着陆工况;与无囊着水相比,气囊对降低返回舱过载峰值效果不明显。研究可为海上回收系统方案的优化及乘员设备安全性设计提供技术支撑。

关键词：海上回收带囊着水垂直着水特征参数

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半球陀螺谐振子成型工艺研究

半球陀螺谐振子成型工艺研究

作者：武士轻长春理工大学

学位级别：硕士

半球谐振陀螺是20世纪60年代才出现的一种新型陀螺。半球谐振陀螺由半球形谐振子、静电激励罩、敏感读出基座3部分组成,均由高品质因数(Q)的熔融石英玻璃材料精密加工而成,并在表面上进行金属化处理。将振子、静电激励罩、敏感基座精密... 详细信息

半球谐振陀螺是20世纪60年代才出现的一种新型陀螺。半球谐振陀螺由半球形谐振子、静电激励罩、敏感读出基座3部分组成,均由高品质因数(Q)的熔融石英玻璃材料精密加工而成,并在表面上进行金属化处理。将振子、静电激励罩、敏感基座精密装配焊接在一起,并密封在一个高真空的容器中,形成一个完整而独立的角度或角速度传感器。与传统的机械陀螺和光学陀螺相比,半球谐振陀螺具有如下优势:结构上无高速转子、无活动部件;不需预热,启动时间短;信号频带宽,漂移噪声低;能承受大的机动过载;抗核辐射,并可经受短时间电源中断的影响;体积小,重量轻,功耗低,寿命长,非常适合空间应用。所以研究半球陀螺具有重要的意义。在考虑石英材料性质和所加工形状特性的基础上,设计了半球谐振陀螺中最重要部分——谐振子的成型工艺。在研究中,利用了单点金刚石车削技术加工模具,对研磨工艺、保形磨具、研磨余量、溅射镀膜、镀膜材料、激光切割进行了研究来实现性能指标。对未来我国半球陀螺事业和以后深入研究打下了基础。

关键词：半球陀螺谐振子保形磨具溅射镀膜

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新飞船试验船气囊着陆缓冲系统特性研究

航天返回与遥感 2021年第3期42卷 52-61页

作者：竺梅芳武士轻李博北京空间机电研究所北京100094 中国航天科技集团有限公司航天进入、减速与着陆技术实验室北京100094

缓冲气囊是继着陆腿及反推发动机之外,另一种行之有效的着陆缓冲装置。新一代载人飞船采用群伞加缓冲气囊的无损回收方案,实现了其重复使用的目的。文章对新飞船试验船缓冲气囊的选型及参数的确定原则进行了分析,介绍了气囊着陆缓冲系... 详细信息

缓冲气囊是继着陆腿及反推发动机之外,另一种行之有效的着陆缓冲装置。新一代载人飞船采用群伞加缓冲气囊的无损回收方案,实现了其重复使用的目的。文章对新飞船试验船缓冲气囊的选型及参数的确定原则进行了分析,介绍了气囊着陆缓冲系统的设计状态、工作程序以及缓冲过程的排气控制策略。通过建立地面试验装置和测量系统,对缓冲气囊的性能进行了验证。结果表明:具备主动排气控制的多气室组合式气囊着陆缓冲系统缓冲过载达到预期,无侧翻和明显反弹,着陆稳定性满足要求。试验船缓冲气囊的设计理念和设计方法可以为其它大载荷航天器和大载荷空投着陆缓冲气囊的设计提供依据和参考。

关键词：气囊特性研究新飞船试验船无损回收着陆缓冲

月球着陆器着陆过程的DEM-FEM耦合分析

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固体力学学报 2019年第1期40卷 39-50页

作者：梁绍敏王永滨王立武武士轻季顺迎大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023 北京空间机电研究所北京100094

实现月球着陆器的安全软着陆是宇航员、搭载设备、仪器安全以及着陆器后续正常工作的重要保证.论文采用离散元-有限元方法建立月壤与着陆器相互作用的耦合模型,其中月壤采用具有粘结作用的球体离散元单元,着陆器采用壳单元和梁单元组合... 详细信息

实现月球着陆器的安全软着陆是宇航员、搭载设备、仪器安全以及着陆器后续正常工作的重要保证.论文采用离散元-有限元方法建立月壤与着陆器相互作用的耦合模型,其中月壤采用具有粘结作用的球体离散元单元,着陆器采用壳单元和梁单元组合的有限元模型,与缓冲垫连接的支撑腿采用可压缩弹簧模型,以实现着陆器自身的缓冲功能;为分析着陆于不同月表的过程,建立平坦、斜坡月球表面;针对不同坡度的斜坡月表,研究不同着陆模式下着陆器与月壤的相互作用,分析冲击力峰值的大小与作用时间的关系,并从能量方面讨论和解释大坡度下冲击力峰值小的原因.以上研究为月球着陆器的安全着陆分析提供有益的参考.

关键词：着陆器月壤吸能离散元-有限元耦合模型月表坡度着陆姿态

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锥形物体对月壤冲击过程的试验及离散元分析

中国空间科学技术 2019年第6期39卷 62-71页

作者：梁绍敏王永滨王立武武士轻刘欢季顺迎大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 北京空间机电研究所北京100094

月球探测器着陆过程中着陆器足垫首先与月壤接触,因此,足垫的动力响应直接关系到探测设备的安全着陆及后续工作的实施。采用试验和离散元数值模拟的方法,以锥形物体代替实际足垫,对冲击模拟月壤过程中锥形物体的锥角和冲击速度及质量的... 详细信息

月球探测器着陆过程中着陆器足垫首先与月壤接触,因此,足垫的动力响应直接关系到探测设备的安全着陆及后续工作的实施。采用试验和离散元数值模拟的方法,以锥形物体代替实际足垫,对冲击模拟月壤过程中锥形物体的锥角和冲击速度及质量的影响进行详细研究。离散元模拟获得的结果与试验结果一致。研究结果表明,冲击速度和质量决定了锥形物体与模拟月壤颗粒之间的动量转移,对冲击过程有很大的影响;当采用不同锥角的锥形物体冲击时,由于锥形物体与颗粒介质接触面积的影响,随着锥角的增大其冲击深度和冲击时间均减小,而锥形物体受到的冲击力峰值逐渐增大。此外,对冲击过程中颗粒的速度矢量进行讨论,从细观角度对颗粒介质在冲击载荷作用下的动力特性及颗粒间的相互作用进行探讨。以上结果对航天着陆器的着陆过程的研究提供了理论依据,并且对利用特种设备在月球表面进行贯入探测具有一定的参考价值。

关键词：模拟月壤冲击过程锥形物体速度矢量离散元方法

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可折叠铍青铜弹性豆荚杆焊接成型工艺

宇航材料工艺 2017年第4期47卷 51-54页

作者：曹旭武磊武士轻江长虹孔见北京空间机电研究所北京100094 南京理工大学材料科学与工程学院南京210094

可折叠铍青铜豆荚杆的焊接成型是该类豆荚杆研制的难点之一,本文对铍青铜豆荚杆的储能点焊工艺进行了研究,分析了工艺参数及热处理对焊接接头名义剪切强度的影响,给出了优选的工艺参数为焊接电压180 V、保压7 s。在最佳工艺条件下成型... 详细信息

可折叠铍青铜豆荚杆的焊接成型是该类豆荚杆研制的难点之一,本文对铍青铜豆荚杆的储能点焊工艺进行了研究,分析了工艺参数及热处理对焊接接头名义剪切强度的影响,给出了优选的工艺参数为焊接电压180 V、保压7 s。在最佳工艺条件下成型并经过340℃/2 h时效处理后,焊接接头的名义剪切强度由52 MPa提高到68 MPa。铍青铜焊接接头的名义剪切断口随着焊接电压的增大,从焊接接头区域向热影响区转移。

关键词：铍青铜豆荚杆焊接成型工艺

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着陆器软着陆垂直冲击试验研究

科学技术与工程 2020年第2期20卷 848-853页

作者：刘欢王永滨梁绍敏武士轻北京空间机电研究所北京100094 大连理工大学大连116024

月球着陆器着陆过程中会产生巨大的冲击作用,影响其内部精密仪器的正常工作,且着陆安全性问题决定着着陆任务的成败,因此,研究着陆器软着陆过程中与月壤的动力响应具有重要意义。首先基于对着陆器着陆冲击过程研究,建立了着陆器与模拟... 详细信息

月球着陆器着陆过程中会产生巨大的冲击作用,影响其内部精密仪器的正常工作,且着陆安全性问题决定着着陆任务的成败,因此,研究着陆器软着陆过程中与月壤的动力响应具有重要意义。首先基于对着陆器着陆冲击过程研究,建立了着陆器与模拟月壤相互作用理论模型;之后,利用自主研发的着陆冲击试验系统,采用半球形足垫(简称“足垫”)模拟着陆器缓冲支腿,通过垂直着陆冲击试验,对冲击模拟月壤过程中足垫的着陆质量和冲击速度对着陆冲击过程的影响进行了详细研究。研究结果表明,模拟月壤密实度一定,较大的着陆质量能有效提高着陆器冲击机械能的耗散效率;冲击速度越大,着陆器在单位时间内转移到模拟月壤的动量越多,模拟月壤颗粒对着陆器产生的作用力越大;冲击能表征了着陆质量和冲击速度,对垂直着陆冲击过程有很重要的影响。最后,通过试验结果与理论模型对比,对着陆器与模拟月壤的动力学模型进行了验证。研究结果可为设计安全载人登月月面着陆器提供必要的试验数据与理论参考。

关键词：软着陆垂直冲击模拟月壤试验