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基于排气型气囊的多管火箭炮着陆缓冲特性研究

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南京理工大学学报 2023年第4期47卷 486-493页

作者：张宇王国平孙雨田汪有钰伍根洋南京理工大学发射动力学研究所江苏南京210094

为研究排气型气囊作用下多管火箭炮在不同工况下的着陆冲击性能,建立多管火箭炮着陆缓冲系统有限元模型,利用LS-DYNA软件计算了炮车系统在刚性地面条件、土壤地面条件、蜂窝铝辅助缓冲条件、后排气囊失效的恶劣工况下的着陆过程动力学... 详细信息

为研究排气型气囊作用下多管火箭炮在不同工况下的着陆冲击性能,建立多管火箭炮着陆缓冲系统有限元模型,利用LS-DYNA软件计算了炮车系统在刚性地面条件、土壤地面条件、蜂窝铝辅助缓冲条件、后排气囊失效的恶劣工况下的着陆过程动力学响应。结果表明,不同地面条件对多管火箭炮着陆缓冲性能影响较小,车架、框架、定向管应力超过许用应力,应注意防护;在货台和车身之间设计蜂窝铝辅助缓冲装置能有效降低车架应力,实现对车架的保护;后排气囊失效情况下货台冲击过载从40 g提高到80g,超出空投安全标准,安全隐患增加。该文研究结果对于多管火箭炮空投方案设计和试验验证有一定参考意义。

关键词：排气型气囊 LS-DYNA 多管火箭炮蜂窝铝着陆缓冲

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着陆缓冲气囊的无反弹设计方法研究

载人航天 2020年第2期26卷 190-199页

作者：周旋周仕明李道奎国防科技大学空天科学学院长沙410073

着陆缓冲气囊发生反弹将造成系统姿态不可控、二次冲击等危害,针对排气型着陆缓冲气囊系统易发生反弹的问题,提出了一种着陆缓冲气囊的无反弹设计方法。首先给出了6种不同形状气囊的缓冲过程变形假设,并基于牛顿第二定律和热力学方程建... 详细信息

着陆缓冲气囊发生反弹将造成系统姿态不可控、二次冲击等危害,针对排气型着陆缓冲气囊系统易发生反弹的问题,提出了一种着陆缓冲气囊的无反弹设计方法。首先给出了6种不同形状气囊的缓冲过程变形假设,并基于牛顿第二定律和热力学方程建立了气囊系统的动力学解析模型;然后采用该模型以无反弹为约束条件对着陆缓冲气囊进行优化,实现了气囊的无反弹设计。运用此方法对圆柱形气囊进行无反弹多目标优化,得到了有效载荷最大冲击加速度更小、触地速度更小,且缓冲过程无反弹的气囊模型;优化前后气囊模型的解析计算结果与有限元仿真结果一致性好,表明所建解析模型合理,精度较高,验证了所提方法的有效性。

关键词：气囊着陆缓冲反弹优化缓冲性能

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小行星探测器电磁阻尼着陆缓冲遇阻特性研究

航空学报 2022年

作者：王廷章全齐全艾鑫唐德威邓宗全哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室

着陆缓冲是小行星原位探测的基础。探测前小行星表面形貌未知，着陆缓冲时容易遇到阻碍并产生倾覆，因此需要研究小行星探测器着陆缓冲遇阻特性。首先，建立机械与控制耦合的着陆缓冲动力学联合仿真模型，并采用神经网络对其碰撞接触参... 详细信息

着陆缓冲是小行星原位探测的基础。探测前小行星表面形貌未知，着陆缓冲时容易遇到阻碍并产生倾覆，因此需要研究小行星探测器着陆缓冲遇阻特性。首先，建立机械与控制耦合的着陆缓冲动力学联合仿真模型，并采用神经网络对其碰撞接触参数进行标定。基于建立的仿真模型，理论研究了切向着陆速度、法向着陆速度、探测器偏航角和着陆倾角对着陆缓冲遇阻过程的影响规律，探究了不同偏航角对着陆过程的各个着陆缓冲阶段的影响，分析了着陆遇阻倾覆的主要影响因素及其影响规律。最后在微重力环境模拟小行星着陆缓冲实验平台上开展了着陆缓冲遇阻实验，研究了初始着陆参数及着陆介质对着陆缓冲过程的影响规律并验证了仿真模型。仿真获得的着陆缓冲时间与实验结果的误差小于15%，表明建立的仿真模型是准确的。

关键词：小行星探测电磁阻尼着陆缓冲遇阻特性动力学仿真

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新型可复用着陆缓冲装置设计与分析

航天返回与遥感 2024年第2期45卷 1-18页

作者：贾山胡汝洁周向华刘韶阳吴明阳陈金宝南京航空航天大学航天学院南京211106 沈阳飞机设计研究所沈阳110035 航天进入减速与着陆技术实验室南京211106 深空星表探测机构技术工信部重点实验室南京211106

针对目前着陆缓冲装置对着陆地形要求较高且不可复用的缺点,参照自然界中的昆虫着陆腿结构的组成,提出一种可复用的基于仿生结构的四腿式着陆器。支撑腿采取“刚性体控制大腿结构+圆弧结构小腿”的组成方式,并采用摩擦制动器作为缓冲吸... 详细信息

针对目前着陆缓冲装置对着陆地形要求较高且不可复用的缺点,参照自然界中的昆虫着陆腿结构的组成,提出一种可复用的基于仿生结构的四腿式着陆器。支撑腿采取“刚性体控制大腿结构+圆弧结构小腿”的组成方式,并采用摩擦制动器作为缓冲吸能装置的设计方法,通过摩擦力做功,使着陆冲击载荷以热能的形式耗散,实现缓冲吸能。应用D-H参数法推导支撑腿的齐次矩阵变换,对该仿生腿式缓降结构进行支撑腿的正逆运动学分析,建立支撑腿的理论模型并进行动力学仿真。进行了整机多工况落震仿真分析并建立了支撑腿小腿的有限元模型,分析飞行器在支撑腿所受冲击力最大情况下的支撑腿小腿应力应变,结果表明可复用着陆器具有良好的着陆缓冲性能,可为我国后续深空探测任务提供一种可行方案。

关键词：可复用着陆器动力学分析摩擦制动着陆缓冲

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着陆姿态不确定下的着陆器缓冲机构优化设计

宇航学报 2018年第12期39卷 1323-1331页

作者：吴宏宇王春洁丁宗茂丁建中董洋满剑锋北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 清华大学机械工程系北京100084 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100083

以某型着陆器为研究对象,建立其软着陆过程的动力学仿真模型,并结合Monte Carlo法研究不确定着陆姿态下的某型软着陆性能。然后,分析着陆器的软着陆性能与其缓冲机构构型参数之间的相关关系,并基于实验设计方法与动力学仿真模型得到样本... 详细信息

以某型着陆器为研究对象,建立其软着陆过程的动力学仿真模型,并结合Monte Carlo法研究不确定着陆姿态下的某型软着陆性能。然后,分析着陆器的软着陆性能与其缓冲机构构型参数之间的相关关系,并基于实验设计方法与动力学仿真模型得到样本点,建立以着陆器缓冲机构构型参数和着陆姿态参数为输入、软着陆性能指标值为输出的响应面模型。最后,基于响应面模型,考虑着陆器姿态的不确定性,运用结合第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)和多岛遗传算法(MIGA)的分级优化方法实现了着陆器缓冲机构的优化计算,得到了最佳缓冲机构构型参数。通过仿真模型校验,优化后着陆器的抗翻倒能力与底面抗损坏能力分别提升了3.546%和5.140%。

关键词：着陆缓冲动力学分析不确定性分析响应面模型分级优化

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行星软着陆气囊缓冲系统动力学仿真研究

振动与冲击 2016年第20期35卷 125-129,208页

作者：张华孟光刘汉武韩智超上海市空间飞行器机构重点实验室上海201108 上海宇航系统工程研究所上海201109 上海航天技术研究院上海201109 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

气囊缓冲着陆系统具有轻质、安全、环境适应性强等特点,能有效保护着陆过程中着陆器的安全,在行星探测中应用广泛。针对一种"水滴形"自扶正气囊缓冲着陆系统建立了动力学模型,描述了气囊基于接触和几何非线性效应在行星表面充气、降落... 详细信息

气囊缓冲着陆系统具有轻质、安全、环境适应性强等特点,能有效保护着陆过程中着陆器的安全,在行星探测中应用广泛。针对一种"水滴形"自扶正气囊缓冲着陆系统建立了动力学模型,描述了气囊基于接触和几何非线性效应在行星表面充气、降落、碰撞、回弹及再碰撞等着陆缓冲过程。依据动力学仿真结果获取了气囊初始气压、初始着陆速度、星表地形等对气囊内部关键部位缓冲过载的影响规律,验证了"水滴形"气囊缓冲着陆系统可实现自动扶正及弹开分离等重要功能特征。研究结果为未来深空探测采用的气囊式缓冲着陆系统的工程设计提供了理论指导和参考。

关键词：行星软着陆气囊着陆缓冲动力学仿真

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仿生蝗虫机构着陆缓冲过程中的能量分配

机械工程学报 2015年第13期51卷 196-202页

作者：陈殿生张自强陈科位北京航空航天大学机器人研究所北京100191

着陆缓冲是仿生蝗虫跳跃机器人研究的重要问题之一,由于蝗虫的前腿、中腿和后腿尺寸不同,因此对缓冲过程中每条腿能量的分配直接影响到机器人受到地面冲击力和腿部肌肉力的大小,从而影响缓冲性能。在对蝗虫形态及着陆过程进行试验观测... 详细信息

着陆缓冲是仿生蝗虫跳跃机器人研究的重要问题之一,由于蝗虫的前腿、中腿和后腿尺寸不同,因此对缓冲过程中每条腿能量的分配直接影响到机器人受到地面冲击力和腿部肌肉力的大小,从而影响缓冲性能。在对蝗虫形态及着陆过程进行试验观测的基础上,采用弹簧等效代替蝗虫腿部肌肉,建立仿生蝗虫机构模型,并通过对机构进行受力分析,求得地面对机构各条腿支撑力与弹簧刚度系数之间的函数关系式。基于地面支撑力、腿部弹簧力以及每条腿的抗冲击能力的不同,提出了使得力的变化平缓、无冲击载荷的能量分配原则,根据该原则可求得各条腿的弹簧刚度系数。从算例中可以看出,此时仿生蝗虫机构所受到的地面支撑力和腿部弹簧力与不同着陆腿的抗冲击能力相吻合,且力的变化趋势平稳,可实现较好的缓冲效果。分析结果表明了分配方法的可行性,这为仿生蝗虫机构设计时腿部弹簧的选型提供了依据。

关键词：仿生蝗虫机构着陆缓冲受力分析能量分配

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小行星探测器电磁阻尼着陆缓冲遇阻特性

航空学报 2023年第13期44卷 92-104页

作者：王廷章全齐全艾鑫唐德威邓宗全哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

着陆缓冲是小行星原位探测的基础。探测前小行星表面形貌未知,着陆缓冲时容易遇到阻碍并产生倾覆,因此需要研究小行星探测器着陆缓冲遇阻特性。建立机械与控制耦合的着陆缓冲动力学联合仿真模型,并采用神经网络对其碰撞接触参数进行标... 详细信息

着陆缓冲是小行星原位探测的基础。探测前小行星表面形貌未知,着陆缓冲时容易遇到阻碍并产生倾覆,因此需要研究小行星探测器着陆缓冲遇阻特性。建立机械与控制耦合的着陆缓冲动力学联合仿真模型,并采用神经网络对其碰撞接触参数进行标定。基于建立的仿真模型,理论研究了切向着陆速度、法向着陆速度、探测器偏航角、着陆倾角对着陆缓冲遇阻过程的影响规律,探究了不同偏航角对着陆过程各着陆缓冲阶段的影响,分析了着陆遇阻倾覆的主要影响因素及其影响规律。在微重力环境模拟小行星着陆缓冲实验平台上开展了着陆缓冲遇阻实验,研究了初始着陆参数及着陆介质对着陆缓冲过程的影响规律并验证了仿真模型。仿真获得的着陆缓冲时间与实验结果的误差小于15%,表明建立的仿真模型是准确的。

关键词：小行星探测电磁阻尼着陆缓冲遇阻特性动力学仿真

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月球着陆器着陆缓冲展开锁定机构设计与分析

航天返回与遥感 2021年第1期42卷 57-64页

作者：王永滨武士轻牟金岗刘欢朱谦冯蕊唐明章王立武黄伟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 南京航空航天大学航天学院南京210016 东南大学土木工程学院南京211189

月球着陆器着陆缓冲机构是月球着陆探测的关键部件,其展开锁定过程为一拓扑结构变化的过程。由于该过程较为复杂,研究方法多采用试验研究,而对于其内在运动特性分析不够深入。为了量化分析着陆缓冲机构展开锁定拓扑变化过程,评价设计的... 详细信息

月球着陆器着陆缓冲机构是月球着陆探测的关键部件,其展开锁定过程为一拓扑结构变化的过程。由于该过程较为复杂,研究方法多采用试验研究,而对于其内在运动特性分析不够深入。为了量化分析着陆缓冲机构展开锁定拓扑变化过程,评价设计的正确性,获得其运动过程中的机构运动特性,需要开展机构动力学分析。文章采用奇异性分析法,建立展开锁定机构拓扑图并进行了机构的奇异性分析,获得了该机构的奇异性,证明了设计的正确性。在此基础上,基于ADAMS软件建立了着陆缓冲机构虚拟样机模型,分析了整套机构的运动学特性,获得了展开过程相关运动参数,试验结果与分析结果一致。研究结果表明,该展开锁定机构展开过程平稳、无奇异点、可靠性高,研究结果可作为后续工程化参考。

关键词：着陆缓冲展开锁定机构运动学仿真月球探测