新飞船试验船气囊着陆缓冲系统特性研究

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。     

骨架充气压力对自充式气囊缓冲性能影响研究

缓冲气囊作为一种着陆缓冲手段,具有质量轻,折叠性能好,成本低等优势,成为了回收着陆领域的重点研究方向。自充式缓冲气囊是一种利用环境气体作为缓冲介质的缓冲气囊,其主要依靠骨架式充气结构作为缓冲气囊展开的驱动。通过这种设计,可以有效减少缓冲气囊充气装置的携气量,拓展缓冲气囊的应用范围。文章对自充式缓冲气囊的工作原理进行了介绍,并对自充式缓冲气囊的缓冲过程进行了仿真研究。研究过程主要针对骨架式充气结构充气压力对气囊缓冲性能的影响进行了分析,并对其充气压力进行了优化选择。研究结果表明,对骨架式充气结构的充气压力进行优化,可以改善自充式缓冲气囊的性能。最后,引用相关试验结果,对优化结果后的充气展开性能进行了佐证。     

小型电子设备着陆缓冲气囊的缓冲性能分析

气囊作为一种重要的缓冲防护手段在航天和航空回收领域有着广泛的应用。文章针对一种新型分离式飞行数据记录系统中应急数据存储设备的着陆缓冲气囊,进行结构设计并利用LS-DYNA有限元分析软件进行仿真计算,模拟其在不同坠落姿态和不同坠落环境下的缓冲过程,明确该气囊的缓冲特性,并讨论了气室分布数和充气量对于气囊着陆缓冲性能的影响。计算结果表明:气室分布数和充气量的变化均会改变电子设备的冲击过载;基于所提出的小型电子设备过载要求,0.074kg充气量下的4个气室封闭式气囊结构对于多种工况均有较好的适应性。该研究可为航空航天用的轻小型设备缓冲气囊设计提供参考。     

气体参数对气囊缓冲特性的影响分析

缓冲气囊具有系统简单、质量轻、贮存体积小等优点,在航天器的返回回收与探测器的着陆缓冲中有较广泛的应用。美国的＂探路者＂、＂机遇号＂和＂勇气号＂火星探测器都采用了缓冲气囊系统作为其着陆缓冲装置。文章通过流体力学和热力学的理论推导,提出了可能会对气囊的着陆缓冲过程产生影响的气体参数,通过MSC Dytran软件仿真计算了不同气体参数下球形火星着陆缓冲气囊的缓冲过程,并分析了各参数对气囊缓冲特性的影响。研究结果可以为后续的气囊设计及试验提供帮助,并为中国下一步开展火星着陆探测任务提供一定的参考。     

气囊着陆缓冲系统的排气孔面积优化

文章以仿真分析为手段,研究了排气式气囊缓冲系统的着陆回收问题;讨论了均匀压力气囊模型的基本理论;建立了排气式气囊着陆缓冲系统的简化分析模型,包括回收舱模型和排气式气囊模型。采用响应面法得到了排气孔面积与回收舱重心处过载的关系,并通过仿真分析确认了优化分析结果的有效性。     

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。     

火星全向气囊的着陆缓冲特性研究

全向气囊是一种适应性较强的着陆缓冲装置,能在火星着陆过程中有效保护着陆器的安全。文章针对某一种全向气囊与着陆器构型方案,首先建立了气囊和着陆器结构的数学有限元模型,并对全向气囊的着陆缓冲过程进行了动力学仿真,获取重要结构部位的缓冲过载。其次利用全向气囊原理样机,按照仿真时的工况进行了投放试验,测量了相应结构部位的缓冲过载。研究结果表明,理论分析与试验结果基本一致,可为将来火星全向气囊的工程应用研究提供一定的参考。     

航天器着陆缓冲气囊技术发展

文章简述了航天器着陆缓冲气囊的吸能工作机理,介绍了它的优点和局限性,结合数十年来缓冲气囊在航天器上的主要应用情况,归纳了着陆缓冲气囊的三种类型,包括排气式、密闭式和组合式,其中排气式气囊由被动排气发展为主动精确可控排气,并介绍了缓冲气囊的几种拓展应用方向。针对航天器缓冲气囊技术的发展,文章对可靠充气技术、高性能气囊材料及结构成型技术、基于缓冲特性仿真的优化设计技术、缓冲过程精确控制技术以及大载重气囊试验技术等关键技术进行了论述。可以预见,航天器着陆缓冲气囊技术的深入研究对于载人航天、深空探测的发展将发挥更加重要的作用。     

自落式缓冲气囊仿真研究

缓冲气囊被广泛应用于武器装备及物资空投、航天器着陆回收、汽车安全气囊等领域。设计具有优良缓冲性能的气囊系统可以减小物品或乘员所受的冲击力,最大程度上避免了物资的损坏和乘员伤亡。文章以某型空投缓冲系统所用气囊作为研究对象,运用LS-DYNA有限元仿真软件,采用控制体积法对该气囊缓冲过程进行了数值模拟计算,同时,结合工程计算与试验测试,合理确定气囊设计中关键技术状态,获得了带有辅囊的自落式缓冲气囊设计思路与方法,提高了研制品质,节省了研制成本与周期。     

风场作用下囊舱组合体相对姿态仿真研究

对于使用缓冲气囊的返回舱,着陆姿态是影响返回舱实现预期缓冲效果的重要因素。在降落伞-返回舱组合体的降落过程中,返回舱的着陆姿态经常不理想,而加入气囊后降落伞-返回舱-气囊组合体相对于降落伞-返回舱组合体来讲着陆姿态更易受扰动,此时对囊舱组合体运动姿态的研究十分必要。为了研究风场对囊舱组合体运动姿态的影响,文章以带有自吸式气囊的回收系统作为研究对象,采用Hyperwork及LS_DYNA软件,对基于流固耦合方法气囊充气状态及囊舱组合体风场作用下的运动特性进行了分析,计算了不同工况下囊舱组合体的相对姿态,分析了可能影响囊舱组合体相对姿态的因素。结果表明,气囊内压与风速会对囊舱组合体的相对姿态产生不同程度的影响:风速越大气囊摆角越大;增加气囊内压会降低气囊的摆角,提高气囊的稳定性。     

气囊式无人机缓冲系统的着陆侧翻现象

文章研究无人机气囊缓冲系统的着陆侧翻问题。首先,建立了无人机着陆冲击动力学模型,通过仿真分析技术对无人机的典型着陆过程进行模拟,发现该型无人机在着陆过程中存在机身侧翻的现象,有可能对机翼产生不利影响;随后,引入翼尖触地速度作为指标对侧翻程度进行评估,研究了翼尖触地速度与侧向着陆速度之间的关系;针对该无人机着陆过程中产生的翻滚问题,综合翼尖触地速度计算结果,提出了减缓翻滚现象的途径;最后,通过仿真分析对所提出的解决方案进行评价。研究结果表明,文章提出的减缓无人机着陆翻滚问题解决方案可靠合理。     

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。     

基于主动排气气囊的着陆缓冲控制系统FPGA设计

主动排气气囊能够保证航天器着陆的稳定性,为了能够精准的控制多气囊差异式排气,文章介绍了一种能够实现该控制功能的现场可编程逻辑门阵列(FPGA)软件系统,其运行于XQR2V1000-4BG575R FPGA上,能够实现对AD采样芯片TLC2543进行驱动和控制、多通道过载数据采集,基于串行滤波器的数据处理、分布式过载判断控制气囊排气等功能。该系统基于FPGA高速多任务并行处理与调度、实时处理多通道数据采集运算,解决了快速响应着陆缓冲控制问题,使着陆缓冲系统能够精确按照舱体实时过载进行差异式主动排气控制,以保证系统工作可靠性和航天器着陆稳定性。该设计通过了系统和专项试验验证,表明了基于主动排气气囊的着陆缓冲控制系统FPGA设计能够保证航天器以规定速度和过载安全着陆地面。     

基于蜂窝纸板的系留平台缓冲分析与试验

为保证系留气球平台在空投着陆中的安全,必须对其中的压力气瓶进行缓冲分析与实验。文章采用蜂窝纸板作为气瓶缓冲材料,采用LS-DYNA软件,并依据蜂窝纸板实际参数处理材料模型,仿真分析了在不同蜂窝纸板厚度、不同跌落速度和不同着陆姿态下的缓冲过程。根据仿真结果,设计了蜂窝纸板缓冲结构和加速度检测模块,采用吊车起吊跌落进行了实验验证。仿真分析和实验结果均表明,蜂窝纸板厚度为500mm,跌落速度低于10m/s时,气瓶缓冲后加速度低于20gn,可满足空投着陆应用要求。文章基于LS-DYNA的蜂窝纸板缓冲有限元分析是可行的,研究结果对于气瓶类装备的着陆缓冲结构设计有参考价值。     

月球探测器软着陆动力学仿真

随着深空探测技术的发展,新型月球探测器需要在遍布石块、陨石坑和斜坡等复杂月球表面上着陆,因此有必要对月球着陆探测器的着陆性能进行评估。本文对一种四腿可展开式着陆器进行了合理简化,并用ADAMS软件建立了着陆动力学仿真模型。模型中应用子程序表达缓冲铝蜂窝和月壤的力学性质,通过在预研着陆器的仿真模型上加载,实现了系统的仿真;并得到了月球探测器以给定姿态和着陆速度在不同地面坡度和月壤物理特性下的着陆性能及一般规律,对我国月球探测器软着陆动力学研究具有一定参考价值。     

缓冲气囊展开与缓冲着陆过程的仿真分析

文章基于显式有限元模型,采用控制体积法对缓冲气囊的展开及缓冲过程进行仿真分析。首先对单个球形气囊进行折叠展开过程模拟,之后依据NASA"猎户座"缓冲着陆器的缩比模型,建立了一个用以评估气囊着陆衰减系统的LS-DYNA有限元模型。分别研究了缓冲着陆器正碰和侧碰对缓冲气囊压力、着陆器的加速度和运动的影响。并与文献进行对比验证,计算结果表明数值模拟的正确性。     

“嫦娥三号”着陆缓冲机构的研究成果及其应用

“嫦娥三号”着陆器于2013年12月14日通过着陆缓冲机构在月面稳定着陆,表明中国已经突破并掌握了地外天体表面着陆缓冲技术,包括适合地外星体表面环境的缓冲方法、着陆缓冲机构设计方法和地面试验验证方法等。文章介绍了着陆缓冲方法的基本要求,对铝蜂窝缓冲特点进行了研究,提出了着陆缓冲机构关键几何参数确定及缓冲能力设计方法。此外,文章还介绍了着陆缓冲机构地面试验的主要验证项目和验证方案。这些研究成果不仅可以应用到未来火星等目标星体的着陆缓冲,而且在民用技术如桥梁的撞击防护、电梯抗坠毁及爆炸防护等领域中也具有十分广阔的应用前景。了解这些研究成果对于后续深空软着陆探测及相关民用技术的发展具有重要的意义。     

着陆冲击仿真月壤本构模型及有限元建模

为建立合理的月壤有限元模型用于着陆器着陆冲击动力学仿真分析,在对已知月壤的相关力学特性参数和试验数据进行分析推理的基础上,推断出月壤屈服面在低围压条件下可能会呈现出剪切膨胀特性,而在高围压条件下则可能会呈现出塑性压缩和应变硬化特性,因此定性地选择帽盖德鲁克-普拉格（Cap Drucker-Prager,CDP）模型作为月壤本构模型。模型的参数通过月壤或模拟月壤的试验数据定量地标定。对着陆器地面着陆冲击试验进行有限元建模和仿真分析,仿真结果表明：模型参数的标定方法是合理可行的;CDP模型可以准确模拟月壤在着陆冲击载荷下的动力学响应,可用于着陆冲击动力学仿真月壤有限元建模。对月壤模型参数进行了参数分析,并评估了月壤模型参数对着陆器着陆冲击性能的影响。     

排气式气囊最大过载特性研究

文章通过对排气式气囊进行数学建模,研究了排气式气囊的整个缓冲过程。并通过对模型的分析和对圆柱形排气式气囊的仿真计算,得到了圆柱形排气式气囊的尺寸、初始参数等因素与最大过载之间的关系。仿真结果对数学模型进行了很好的验证,可以为后续气囊的设计试验提供帮助,并为中国下一步开展月球及火星着陆探测等深空探测任务提供一定的参考。     

索式火箭回收着陆系统缓冲装置设计与分析

针对索式火箭回收着陆系统中摩擦缓冲装置的缓冲能力和调节能力有限的问题,提出了一种基于最小二乘法和系统动力学特性的液压缓冲装置反问题设计方法。该方法通过对液压缓冲装置中控制阀凸轮外形和储能器初始压强的设计来调节着陆火箭运动学特性,使火箭按照特定的运动学特性在有限的缓冲位移内减速至静止稳定且缓冲加速度最小。对索式火箭回收着陆系统建立精准高效的多体动力学模型,并针对不同的工况进行仿真校验。仿真结果表明根据所提反问题设计方法设计的索式火箭回收着陆系统能够按照特定的运动学特性减速缓冲着陆火箭,具有较强的减速缓冲能力；针对不同质量和着陆位置偏差的着陆火箭,具有自动调整液压阻力保持火箭相同的运动学特性的能力。