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小行星着陆遇阻电磁阻尼缓冲特性仿真及试验分析

小行星着陆遇阻电磁阻尼缓冲特性仿真及试验分析

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作者：艾鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

国际深空探测热潮方兴未艾,小行星探测在探索太阳系起源及小行星资源开发等方面具有重要意义。小行星附着探测科研价值高,攻克弱引力小行星软着陆技术是实现附着探测的前提。小行星引力弱、星表环境复杂,电磁阻尼缓冲系统输出阻尼力可控... 详细信息

国际深空探测热潮方兴未艾,小行星探测在探索太阳系起源及小行星资源开发等方面具有重要意义。小行星附着探测科研价值高,攻克弱引力小行星软着陆技术是实现附着探测的前提。小行星引力弱、星表环境复杂,电磁阻尼缓冲系统输出阻尼力可控,能避免探测器于弱引力环境下着陆时发生反弹;探测器着陆时受到星表障碍阻挡后极易发生倾覆,开展探测器遇阻着陆电磁阻尼缓冲特性分析与试验研究,在推进小行星软着陆技术发展方面具有重要意义。对小行星探测器遇阻着陆过程进行动力学联合仿真分析。针对ADAMS难以反映着陆过程中的真实碰撞情况,提出了基于ANSYS与神经网络的ADAMS碰撞参数整定方法,极大提高了ADAMS对真实着陆情况的仿真程度;基于电磁阻尼系统遇阻着陆工况分析,建立了阻尼电机控制模型,编写了电磁阻尼系统控制程序,完成了遇阻着陆过程动力学联合仿真建模。基于动力学联合仿真模型,开展了探测器遇阻着陆过程仿真。针对探测器着陆过程发生反弹,提出了基于着陆腿与本体间相对速度对阻尼力进行控制的方法,通过仿真验证了该方法能有效避免探测器着陆时发生反弹。将探测器自身着陆姿态参数化为偏航角,完成了不同偏航角下的遇阻着陆过程仿真,仿真表明切向着陆速度与着陆倾角是导致探测器倾覆的主要因素。基于仿真结果建立了0°偏航角探测器倾覆预测模型,理论模型与仿真结果误差小于10%。利用遇阻着陆试验系统开展了两着陆腿探测器遇阻着陆过程试验,验证了动力学联合仿真方法的正确性。针对小行星星壤物理特性未知的问题,开展了砂岩、泡沫模拟星壤下的遇阻着陆试验,试验表明电磁阻尼系统的地形适应性较好,切向着陆速度和着陆倾角的增加均会使缓冲时间增加,法向着陆速度增加会增大缓冲位移;试验与仿真中遇阻着陆各阶段特征一致,在法向、切向着陆速度均为100 mm/s时,仿真与试验中不同着陆倾角下的缓冲时间误差小于15%,验证了动力学联合仿真方法正确性。

关键词：小行星探测电磁阻尼遇阻着陆动力学联合仿真着陆特性

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