航天器着陆缓冲机构技术研究进展

航天器着陆缓冲机构是开展地外天体着陆探测的核心装置,其着陆性能直接关系到整个探测任务的成败。本文梳理并总结了现有航天器着陆缓冲机构的相关设计技术,重点介绍了航天器着陆缓冲方法、机构构型和地外小天体着陆/锚定机构,并对其优缺点和适用情况进行了总结分析。其次,针对各类着陆缓冲机构总结了动力学分析技术现状,对比了理论解析模型法、全机刚体仿真分析法、刚柔耦合仿真分析法、全机柔性仿真分析法和半主动控制仿真法等动力学分析方法的优劣。再次,论述了地面等效试验技术的研究进展,阐述了滑轮平衡法、斜坡模拟法和全机1/6尺寸模型法3种地面等效试验方法的主要特点。最后,结合未来深空探测需求,对航天器着陆技术存在的问题、及发展趋势进行了总结与展望。     

次生气囊在无人机回收系统中的应用

次生气囊是一项可以应用于无人机伞降结合气囊缓冲回收的具有实用价值的技术措施.次生气囊利用无人机主气囊触地后瞬间排出的气体填充成形,实现对机翼部位的缓冲保护.本文对次生气囊的工作过程、力学模型和相关技术指标进行了分析,认为次生气囊对主气囊的工作不产生不利影响,不增加对气源的需求,对无人机增重的影响也很小,但却可以有效地增加对无人机着陆的缓冲效果.     

多腔体气囊式回收系统的着陆冲击动力学建模与分析

首先对深空探测气囊式回收系统的结构特性进行了分析,讨论了多腔体气囊系统动力学分析模型的构造思路。然后引入一维流管理论描述子气囊之间气体流动的通气孔。最后通过气囊式回收系统着陆冲击过程的仿真分析了通气孔面积对系统着陆缓冲性能的影响,验证了通气孔模型的有效性。分析结果表明,本文建立的动力学分析模型能够较为全面地反映出气囊式回收系统的着陆冲击过程,分析出回收系统的各项工作参数或环境因素对系统着陆缓冲性能的影响。     

某型无人机自动着陆系统研究

论述了用ＤＧＰＳ／ＳＩＮＳ／ＲＡ组合导航系统引导的某无人机自动着陆系统的总体方案，利用该无人机的小扰动线性化方程，对其轨迹控制系统进行了分析设计。在不采用速度控制系统的情况下，利用该无人机的全量微分方程，对其在各种起始状态及各种干扰下的自动着陆过程进行了仿真。仿真结果表明，着陆性能符合要求。     

无人机折叠机翼展开运动特性研究

采用两种分析方法对某无人机的机翼折叠/展开运动特性进行研究。建立该机构运动的微分方程,用龙格-库塔法进行求解;用M ATLAB非线性优化工具包对扭转弹簧的主要参数进行了优化设计;利用多体动力学分析软件进行机构的运动仿真分析。两种方法得到分析结果与实验吻合很好。     

某型无人机着陆回收可行性研究

无人飞行器结构硬着陆或坠落时,碰撞过程有可能给飞行器结构带来损伤,影响飞行器重复使用.本文利用碰撞仿真技术,对无人飞行器硬着陆仿真方法进行了研究,分析了某型无人机硬着陆回收的可行性.建立了其着陆速度、着陆姿态角与过载的关系,该结果可用于该型无人机的修改设计及结构耐撞性能的评估.     

新型自充气囊研究

本文介绍了一种对无人机着陆缓冲气囊的供气系统进行改进的技术方案.通过改进电磁阈的工作性能,使其能在高压条件下工作,从而省去减压阈的装置,简化系统构成.降低系统重量,提高系统的工作可靠性.本文对改进技术的方法和可行性进行了分析,并根据系统的技术指标要求,制定了相应的验证方法.     

月球着陆器着陆性能及多因素影响分析

以某型号月球着陆器铝蜂窝缓冲软着陆腿为对象,研究了月球着陆器月面软着陆性能.采用非线性有限元方法,建立了月壤和着陆腿结构有限元模型,进行了单腿着陆冲击非线性动力学仿真分析,将仿真结果与试验及多刚体系统动力学分析结果比较.文中还研究了月壤模型和主辅支柱结构弹性对月球着陆器着陆性能的影响.结果表明:非线性有限元分析结果与实验结果吻合较好,优于多刚体系统动力学分析结果;着陆腿主支柱的结构弹性对着陆性能影响较大;月壤有限元模型的离散化对分析结果有一定影响.     

月球探测器着陆腿动力学建模与仿真

在月球探测器多工况着陆仿真分析中,要求所建模型能够满足高效运算的需求。本文改进简化着陆腿有限元建模:分别采用壳单元、梁单元模拟着陆腿内外筒壁,充分考虑结构柔性以及筒壁间作用力;通过连接单元特性来表达缓冲材料的力学性能,减少了计算耗时;并采用隐式算法求解动力学方程,保证了计算精度。其中壳单元模型能够更全面地反映缓冲腿柔性变形对缓冲性能的影响;在考虑着陆腿柔性时,随着摩擦因数的增大,着陆腿缓冲性能随之下降。     

月球着陆器软着陆半主动多态控制

基于磁流变阻尼器在月球着陆器上应用的可行性及其阻尼的可控性,设计了一种磁流变缓冲装置.考虑到着陆时减速火箭的反推力影响以及着陆时地面撞击的作用,假设着陆器的着陆初始高度多变,建立了一种月球着陆器着陆地面冲击模型.根据着陆过程缓冲与减振的要求,采用了软着陆半主动多态控制策略.应用加速度与速度响应进行状态切换,并根据能量守恒原理确定出多态控制缓冲嚣的状态参数.3种不同被动控制进行比较分析.结果表明,半主动控制缓冲器能很好地降低着陆器着陆冲击时的过载,同时也能很好地减缓其着陆时的振动.采用半主动多态控制策略的着陆器对较高的着陆初始高度和较大的接地下沉速度的适应性很强,其缓冲效率随着着陆初始高度的增加而增加,在达到允许的最大加速度和允许的最大缓冲行程时,缓冲效率达到最高,这能很好地保障着陆器软着陆安全.     

舰载机-拦阻器耦合系统动力学建模与仿真分析

拦阻过程是舰载机着舰过程中的核心环节。舰载机的着舰滑跑响应除受舰载机自身特性、起落架缓冲特性影响外，拦阻器的拦阻特性对舰载机着舰滑跑动响应也具有至关重要的影响。本文提出了舰载机-拦阻器联合仿真分析模型的建模方 法，建立了包含完整的MK7-3拦阻器刚柔耦合动力学模型和某型舰载机动力学模型为一体的舰载机-拦阻器刚柔耦合动力学系统。数值仿真分析结果表明，本文建立的舰载机-拦阻器耦合系统模型能够很好地描述舰载机着舰过程中与拦阻器之间的交互作用特征，舰载机着舰滑跑 数据的计算结果与实验结果吻合。     

A Position and Orientation Compensation Mechanism for Automatic Docking Device of Launch Rocket

A position and orientation compensation mechanism for the automatic docking device of a launch rocketwas established.The docking process was simulated,and the maximum docking deviation was used for the prototype testing of the compensation mechanism.The compensation mechanism mainly comprises four column pairmotion branch chains with the same structure.When the position of the ground connector panel changes relative to the moving platform,the sliding rods in the four motion branch chains move and rotate to either compress or stretch the connected spring,thereby compensating the position and orientation.First,the dynamic simulation model of the compensation mechanism was established.The docking process was then simulated under the maximum docking deviation.Bench testing of the automatic docking device prototype was carried out.Afterwards,the device was manufactured,and a maximum load test and maximum deviation test were carried out.The results demonstrate that the compensation mechanism meets the design requirements,and the spring stiffness was found as the most important factor in determining the mechanical properties of the system.The proposed compensation mechanism has a number of advantages,including a simple structure,large load bearing capacity,small size,simple installation,and adjustment.     

多机起降旋翼间气动干扰数值模拟研究

以多架直升机近距离起降为研究背景,采用基于运动嵌套网格技术的计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法开展旋翼间的气动干扰研究,重点分析了旋翼间距和环境风速对旋翼升力系数和扭矩系数的影响。数值分析结果表明,旋翼之间的气动干扰对上风位置旋翼的影响较小,但会导致下风位置旋翼的升力系数降低,扭矩系数增加,且其影响随着旋翼间距的增加而降低,随着环境风速的增加而增加。     

火星探测器减速着陆过程中若干问题的研究

围绕火星探测器减速着陆过程中涉及的开伞控制技术、降落伞拉直过程的绳帆现象、降落伞充气性能以及物伞系统动力学特性等关键技术问题进行了研究。通过对探测器进入轨道的分析,提出了一种以动压为控制目标的自适应开伞控制方法,并对其原理和实现方法进行了研究。采用降落伞拉直过程多刚体、多质点、多自由度动力学模型,对绳帆现象进行了数值仿真分析,发现开伞攻角是绳帆现象的主要成因,并提出了设计控制措施。采用降落伞轴向-径向动量守恒充气模型研究了大气密度对降落伞充气性能的影响,得到了大气密度对降落伞充气时间、充气距离、充气过程中伞衣面积变化及开伞载荷的影响规律或特点。利用物伞系统动力学模型,研究了物伞系统减速下降过程的动力学特性。本文研究内容对于中国火星探测器减速着陆系统的工程设计、试验及性能评估等均具有较好的参考价值。     

新的被动自适应起落架缓冲器设计与着陆性能研究(英文)

研究了一种双腔双阻尼的被动式自适应缓冲器;给出了此缓冲器的数学模型,并基于动力学仿真软件ADAMS建立了该缓冲器的虚拟样机;分析了该缓冲器的着陆动态性能及其主要参数对全机着陆动态性能的影响.分析表明:在使用功条件下,自适应缓冲器的着陆性能比单腔变油孔缓冲器性能略好;而在粗暴着陆条件下,自适应缓冲器的过载远小于单腔变油孔缓冲器,起到主要减载作用.增大高压腔、低压腔体积或增加低压腔压力或减小高压腔压力均可使自适应缓冲器的过载减少.     

基于CFD与飞行动力学耦合方法的舰载直升机着舰平衡分析

将计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）模型与飞行动力学模型相结合， 建立了适用于舰载直升机着舰飞行的平衡分析方法。在满足气动力计算精度的前提下,为提高计算效率，CFD模型使用Euler方程作为主控方程，并采用动量源项代替旋翼对其流场的作用。将CFD计算所得气动力对飞行动力学模型计算所得气动力进行修正迭代，并根据牛顿迭代法求解飞行动力学平衡方程，最终求得平衡参数。应用所建立的方法，首先进行了算例验证，以表明方法的有效性;然后着重对舰载直升机着舰飞行进行了平衡计算与分析，为直升机着舰飞行提供参考。     

Dynamics Analysis of Carrier-Based Aircraft with Off-Center Catapult Launch

In order to enhance the safety of the catapult launch of the carrier-based aircraft,the catapult launch multibody dynamic model is established aiming at the problem of off-center catapult launch. The whole catapult process including four stages which are buffering,tensioning,releasing and taxiing is taken into consideration and the body dynamics of the off-center catapult during each stage is analyzed. The catapult launch dynamic differences between the conditions only considering taxiing and that considering four stages are compared,and the effects of the different initial off-center distances considering four stages on the attitude,landing gear load and acceleration of the carrier-based aircraft during catapult launch are discussed. The results show that only considering taxiing may underestimate the dynamics of the carrier-based aircraft substantially. When taking four stages into consideration,the initial off-center distance has small influence on the aircraft dynamic characteristics during buffering and tensioning but has larger influence on that during releasing and taxiing. The increase of the off-center distance will cause the enhancement of the aircraft rolling and yawing,which may lead to the load difference between the left and right landing gears and the increase of the aircraft lateral acceleration. The establishment and simulation of the catapult launch multi-body dynamic model founded on buffering,tensioning,releasing and taxiing provide reference for the carrier-based aircraft design and analysis of the catapult launch dynamics.     

PIV测量舰船空气尾流场

应用粒子图像测速技术(PIV)获得了舰船空气尾流场特性,介绍了试验模型及PIV设备的安装方法和试验方案.试验表明:舰船机库及上层建筑物对飞行甲板上方区域的流场影响较大,使尾流场形成了死水区、U形脱体涡及下冲气流等,对直升机舰上起降以及临近舰船作业时的操稳性能有很大影响.根据试验结果,合理选择直升机的进场方向及舰船航向或打开机库大门有利于直升机舰上起降安全.