临近空间载人舱着陆动力学及影响因素分析

为满足临近空间载人舱着陆缓冲装置可重复使用以及多着陆工况下能提供较好缓冲性能的要求，提出一种以双腔油气缓冲器为主支柱，单腔油气缓冲器为辅助支柱的新型着陆缓冲系统。针对舱体着陆过程，建立了考虑地面弹塑性变形的联合仿真动力学模型；通过与单腿着陆冲击试验的对比分析验证了所建动力学模型的有效性。在此基础上，研究了水平着陆速度，着陆俯仰角以及地面摩擦系数三种初始着陆条件对临近空间载人舱着陆性能的影响。研究结果表明：降低水平着陆速度可有效减小舱体水平着陆过载及提高着陆稳定性能；水平或小俯仰角着陆可使主、辅支柱的受载分配更加合理；减小足垫与地面间摩擦力可降低舱体竖直过载并提高着陆稳定性能。     

一种用于垂直降落重复使用运载器的缓冲器性能分析

以对称分布四腿支柱式垂直降落重复使用运载器为研究对象,基于一种新型油液-蜂窝式多级缓冲器,建立了计及地面弹塑性变形的运载器软着陆过程动力学模型,并给出了运载器着陆时的五种临界着陆工况。以前四种着陆工况为基础对多级缓冲器进行了缓冲参数协调分析,在此基础上以翻倒极限着陆工况为基础重点研究了多级缓冲器缓冲参数对着陆稳定性能的影响。研究表明多级缓冲器中油孔面积、活塞杆直径和阻尼阀调节弹簧预紧力等油液缓冲参数对蜂窝压溃载荷的选取有着显著影响,同时以上参数的合理选择可以有效增加运载器的着陆稳定性能。     

临近空间飞行器起落架收放系统建模与分析

临近空间飞行器起落架系统经历的工作环境较常规航空器更加恶劣.为全面分析临近空间飞行器起落架收放系统可行性,文章采用多体动力学仿真软件(Adams)和多学科协同仿真软件(AMESim)联合仿真方法对起落架收放过程进行分析,建立临近空间飞行器前起落架收放机构及液压系统的虚拟样机模型,分析了收放系统的工作性能.分析结果表明:...     

月球着陆器着陆缓冲性能研究

首先基于MSC.Nastran/MSC.Adams软件建立了模拟月球着陆器的动力学模型,并利用模拟月球着陆器在地面冲击试验来验证仿真模型的正确性,重点关注缓冲机构与结构连接处的载荷,结构特征点的加速度响应,以及缓冲器的工作行程。然后利用模拟着陆器地面试验结果修正动力学分析模型,研究表明：着陆器结构和缓冲机构的柔性对缓冲性能具有较大的影响。最后,把动力学分析模型中的模拟结构更换成真实结构,进行着陆器在月球表面的着陆冲击仿真分析,从而获得模拟着陆器地面试验与着陆器在月面着陆的冲击缓冲性能差异。     

可重复使用运载器的耐坠毁缓冲装置的设计优化

针对采用四腿式着陆支架的可重复使用运载器，提出一种油气-蜂窝两级缓冲的新型耐坠毁缓冲装置，常规油气缓冲器实现重复使用，危险工况下蜂窝缓冲器实现耐坠毁功能。建立了运载器着陆动力学模型，给出了运载器着陆的四种极限工况及铝蜂窝压溃载荷的求解方法，基于径向基(RBF)代理模型，采用多学科协同优化方法，对多工况下运载器两级缓冲装置设计参数进行了优化。结果表明，多学科协同优化方法有着较好的准确性，优化后运载器的最大过载和缓冲支柱载荷峰值均得到降低。最后，对比了单独油气缓冲器与两级耐坠毁缓冲装置下运载器的着陆响应，结果表明，使用两级耐坠毁缓冲装置在降低运载器最大着陆过载和缓冲支柱载荷峰值上有着较为明显的优势。     

月球探测器软着陆机构着陆腿模型与仿真分析

给出了着陆动力学分析的数学模型,并在分析铝蜂窝材料缓冲特性的基础上,建立了 铝蜂窝缓冲器模型,将其应用于软着陆机构单条着陆腿冲击仿真。仿真结果表明,该模型在 缓冲行程、能量吸收及缓冲后加速度响应峰值等方面与试验结果基本一致。为软着陆机构着 陆冲击动力学分析时铝蜂窝建模提供参考。     

腿式着陆器用缓冲器缓冲性能及其评价方法研究

分析了各类腿式着陆器用缓冲器的特点及应用范围,为便于研究分析,根据缓冲器可以工作的次数,将缓冲器分为一次性缓冲器及重复性缓冲器,并对一次性缓冲器及重复性缓冲器的特点进行了分析.给出了理想腿式着陆器用缓冲器应该满足的性能,为了对各种缓冲器的缓冲性能进行综合的评价,给出了4类缓冲器缓冲性能的评价方法.这些评价方法可以对腿式着陆器用缓冲器的缓冲吸能效果、可靠性、冲击平稳性、缓冲器自身的重量及体积、适应工作环境的能力等方面的性能进行分析,为腿式着陆器用缓冲器的设计提供理论参考.分析了现有一次性缓冲器存在的不足,结合理想腿式着陆器用缓冲器的性能,对新型腿式着陆器用一次性缓冲器进行了构想.     

用于月球登陆器软着陆的磁流变缓冲器设计与分析

根据月球登陆器软着陆过程中对缓冲系统的要求和磁流变缓冲器特点,基于Herschel-Bulkley本构模型和登陆器软着陆的动力学方程,在Matlab/Simulink软件中建立了磁流变缓冲器缓冲的数学模型和不同冲击速度的控制电流模型,给出了月球环境中月球登陆器缓冲时不同时间的过载、速度和行程.设计了2个磁流变缓冲器,采用串联和电流控制实现了月球登陆器软着陆二级缓冲.分析结果表明:磁流变缓冲器可用于月球登陆器.     

可复用小型月表着陆器设计优化及仿真分析

针对传统着陆器缓冲装置无法复用的不足,提出了一种可重复使用的小型着陆器,通过各关节上的摩擦制动装置吸收着陆冲击能量,由电机及扭簧组件实现再次起飞后着陆腿的姿态恢复,可满足多点飞跃探测的月表探测任务。完成了一维落震中单套着陆腿在竖直方向上的缓冲吸能动力学分析;基于径向基(RBF)代理模型,面向三种典型着陆工况,采用多目标协同优化方法,对单套着陆腿各关节制动扭矩进行了优化,优化后的缓冲吸能关节可有效降低着陆器在落震过程中的加速度峰值。最后进行了整机多工况落震仿真分析,结果表明,各着陆响应均满足设计要求,也可保证良好的着陆过程稳定性,可为中国后续开展星表单次任务多点位探测提供一种可行的解决方案。     

可重复使用新型着陆缓冲装置设计

着陆缓冲技术应用于各类飞行器着陆时吸收机械能,降低着陆冲击过载,最终使飞行器以一定的着陆姿态安全地着陆在星表。随着载人深空探测任务的深入,引发了一次任务多次着陆的需求,进而对着陆缓冲提出了的可重复使用的新要求。由此开展了一种新型油气式的可重复使用着陆缓冲装置研究,该装置可以兼顾地外天体着陆和地球返回着陆需求。文章首先详细介绍了该设计的组成及工作原理;随后分析了缓冲机理,对缓冲力的组成及计算表达进行了详细说明;基于多体动力学软件建立了多刚体系统动力学模型,在此基础上开展了5种典型工况的仿真分析和计算。经过计算,最大缓冲行程不大于0.3m,最大加速度过载不大于8gn,能够承受1m/s的水平速度。综上,该载人飞船着陆缓冲装置能够满足多次着陆缓冲及过载等要求,相关设计可以作为新一代载人飞船着陆缓冲设计的参考。     

高超声速多体分离的Monte Carlo模拟仿真分析研究

在临近空间飞行器飞行试验任务中,运载器与飞行器之间的分离多数在临近空间发生。飞行器与箭体之间的气动特性,对分离过程的安全性有重要影响。然而,分离过程的动态特性和飞行器外形的复杂性给气动特性的正确预测造成了巨大困难,地面试验也很难验证。为此,发展了Monte Carlo打靶分析方法,在误差带宽内随机生成气动特性,通过增大气动特性的覆盖性,大大提高了气动特性对分离过程的安全性影响评估的正确性和可靠性。     

仿猫月球着陆缓冲机构设计与缓冲特性研究

针对现有被动式铝蜂窝月球着陆器缓冲力波动大、无法重复使用的问题,提出一种基于磁流变缓冲器的仿猫月球着陆缓冲机构。首先,开展了不同高度平台的家猫跳落实验,对其跳落着陆姿态与前/后腿触地冲量进行了分析,探究其缓冲吸能机理;实验结果表明猫后腿的缓冲吸能占比更高。其次,结合猫跳落实验与中国嫦娥系列月球着陆器参数,设计了一种新构型仿猫着陆缓冲机构,并将其与嫦娥着陆器进行了仿真分析对比。结果表明,所提出的仿猫月球着陆缓冲机构,其机体最大加速度降低了18.3%,具有更为出色的着陆性能。其前腿缓冲吸能贡献约为40%,后腿的缓冲贡献度约为60%,与家猫高台跳落实验结果基本吻合,验证了仿猫月球着陆缓冲机构设计方案的合理性。     

高超声速火箭橇导流板气动参数数值研究

为减小高超声速火箭橇在轨运动时由于气动升力导致的运行不稳定,故在其前、后滑靴上安装导流板以提供负升力。以考虑粘性的稳态三维可压N-S方程为控制方程,采用经熵修正的Roe空间差分格式、LU-SGS隐式时间推进格式,使用两方程可实现k-ε湍流模型,对14种气动外形进行了CFD仿真,从导流板气动效果、流场特性、外形优化和速度影响四个方面进行了研究。结果表明:导流板可增大火箭橇负升力,增强其运行稳定性;火箭橇流场存在大量激波反射、激波干扰行为,影响着导流板周围流场的密度、温度、速度、湍动能与涡线分布,也影响着导流板所受的气动力;导流板的尺寸及安装角会影响导流板的气动性能,且安装角对其影响更明显,以此可进行导流板的气动外形优化;随着马赫数的增大,前导流板负升力及阻力增大程度相比于后导流板更为明显。     

某型无人机回收气囊缓冲性能试验研究

针对某型无人机全时段、全地形无损回收的要求,文章选用缓冲气囊的方式进行着陆回收.在前期理论研究及仿真分析基础上,通过搭建的试验平台系统对设计气囊进行投放试验,对影响气囊缓冲性能的着陆速度、排气口面积等因素进行分析,同时探究了不同地面条件对于气囊缓冲性能的影响.试验结果表明,气囊的内压峰值及最大过载与着陆速度成正比;根据...     

运载器着陆装置展开动力学及影响因素分析

以垂直起降重复使用运载器收放、锁定、缓冲一体化着陆装置及其气压驱动控制系统为研究对象,首先分析了着陆装置展开机构的运动奇异性,在此基础上,建立了展开机构动力学模型与气压驱动系统集中参数模型,将两模型相耦合从而构建了展开系统协同仿真分析模型,随后重点研究了运载器主体自旋角速度、垂向返回速度、减压阀调节压力以及支柱摩擦力对展开性能的影响。研究结果表明:运载器自旋角速度越大,产生的离心力越高,将导致支柱展开时间及各腔压力峰值减小;垂向着陆速度越高,引起的支柱气动阻力越大,将会大幅延长展开时间;减压阀调节压力的增加将缩短展开时间,但会引起各腔峰值压力上升;支柱摩擦力的增加将增大展开时间,但会减小锁定到位时间。     

水平弹性支撑缓冲座椅的动力学分析

当载人飞船着陆过程中存在水平着陆冲击时,目前的铰接型座椅系统不能有效地缓冲头盆向过载。针对这种单向座椅缓冲系统的不足,提出了具有水平弹性支撑的座椅缓冲方案,利用拉格朗日方程建立了系统动力学模型。在多向冲击着陆工况下进行了数值仿真,讨论了弹性支撑刚度和阻尼参数的影响规律。结果表明,相比铰接支撑模型,具有水平弹性支撑的座椅能够降低多向冲击作用下的头盆向加速度响应峰值,且不会增大胸背向加速度响应峰值。     

10自由度全物理对接动力学仿真器

为了研究对接机构在对接过程中受力情况,检验对接机构缓冲能力和捕获能力,研制了10自由度全物理对接动力学仿真器.它能够在地面上比较真实的模拟航天器在太空中对接相互作用力和相对运动.仿真器每个试验台采用3自由度气浮滑台和2自由度转台模拟航天器的姿态,采用质量、惯量模拟件模拟航天器质量、惯量,并且通过调整质量、惯量模拟件参数可使试验台能够模拟不同质量、惯量的航天器,采用内撑式绳索吊装装置平衡对接环重力.主要介绍该仿真器的组成、功能和特点,对二轴转台摩擦进行了试验研究,主动二轴转台最大摩擦力矩7.45N·m,被动二轴转台最大摩擦力矩1.97N·m,最大误差9.3%,确定了质量、惯量模拟件调整参数及调整方法,介绍了内撑式绳索吊装装置特点,其结构紧凑,随动性好,失重误差1%.     

临近空间高超声速目标滑跃式轨迹Sine-AIMM跟踪算法

针对单一的Sine模型算法无法与临近空间高超声速目标滑跃式轨迹准确匹配,现有的交互多模型(IMM)算法跟踪效果也不够理想的问题,提出一种基于多重贝叶斯准则的自适应交互式多Sine模型(Sine-AIMM)临近空间高超声速滑跃式目标跟踪算法。算法采用多个Sine模型对滑跃式轨迹进行匹配,并利用多重贝叶斯准则在线调整各模型权重和模型转移概率矩阵。仿真结果表明,本文所提Sine-AIMM算法能够实现对临近空间高超声速滑跃式目标的有效跟踪,较单Sine模型算法和现有IMM算法跟踪性能更优。     

空间飞行器的对接分离与地面模拟试验的仿真分析研究

对两对接飞行器的分离过程和地面模拟试验过程进行了理论分析,论述了两飞行器在分离瞬 间空间分离过程与地面模拟试验过程之间的对应比拟关系;依据地面试验中给出的多种工况 ,利用多体动力学软件ADAMS仿真分析并比对了地面和空间零重力两种环境条件下两飞行器 分离时的运动特性,讨论了地面五自由度对接分离气浮平台模拟两飞行器在空间实际分离时 带来的原理误差影响。     

柔性锥-杆式对接机构碰撞过程仿真研究

以中小型航天器普遍采用的锥-杆式对接机构为研究对象,提出一种柔性对接锥作为缓冲系统的方案,用柔性锥变形吸收撞击能量作为缓冲。用有限元法对碰撞过程进行仿真,讨论了柔性对接锥作为缓冲系统的性能对对接过程的影响。仿真结果表明:与普通对接锥相比,柔性锥能减小碰撞力峰值50%多。