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。     

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。     

月球探测器软着陆缓冲机构着陆性能分析

铝蜂窝缓冲器是月球探测器软着陆机构常用缓冲装置。首先针对简化 二级蜂窝缓冲装置在LS\|DYNA中进行着陆过程大变形模拟仿真分析;其次对探测器机体变 形对着陆性能的影响进行研究。研究结果表明探测器采用多级蜂窝缓冲装置,在着陆过程中 当第一级蜂窝材料完全压缩时,探测器加速度响应最大;由于探测器机体柔性变形改变了相 应连接约束的位置从而使着陆器着陆性能恶化。     

两种着陆模式下的着陆器缓冲机构构型优化

分别建立了着陆器在非0高度关机着陆模式下、触地关机着陆模式下的动力学仿真模型。基于仿真模型,应用全因子实验设计方法分析了着陆器在两种着陆模式下的软着陆性能,得到了软着陆极恶劣工况。为了获得软着陆性能最佳的着陆器设计方案,研究了着陆缓冲机构构型参数对软着陆性能的影响。结合仿真模型与实验设计方法获取样本点,构造了极恶劣工况下描述软着陆性能指标值、着陆缓冲机构构型参数之间映射关系的响应面模型。之后利用响应面模型与第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)实现了着陆缓冲机构构型参数的优化。将优化后的参数代入仿真模型验证,着陆器在两种着陆模式下的抗翻倒能力、底面抗损坏能力均得到提升。     

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。     

一种应用于着陆支撑系统中的锁紧机构设计与仿真

垂直起降运载器着陆过程是一种对支撑机构的结构强度、锁紧机构可靠性、缓冲器吸能特性要求极高的复杂瞬态碰撞吸能过程。针对现有着陆支撑机构构型单一等问题,提出一种全新的着陆支撑机构构型,并对该锁紧机构进行结构设计。由于支撑机构在展开过程中受到重力、空气阻力等多种环境力的作用,导致锁紧连杆相对速度在有限范围内变化。通过建立锁紧机构中移动构件力学方程并计算得到合理驱动弹簧参数,而后将锁紧相对速度作为输入变量,通过ADAMS建立虚拟样机模型完成工况模拟,并分析不同驱动弹簧参数对锁定可行性的影响,为锁紧机构可靠锁定提供技术支持。     

载人登月月面软着陆缓冲装置设计与分析

文章介绍了一种载人登月着陆缓冲装置的设计原理,并对缓冲装置的构型和缓冲器的选择进行了分析;基于ADAMS软件建立了缓冲结构动力学模型,进行了多个工况的着陆冲击仿真计算,通过仿真分析验证了设计的合理性。结合设计和仿真分析结果,实现了载人登月月面着陆缓冲装置全尺寸原理样机的研制,该着陆缓冲装置的设计思想及经验可作为相关设计的参考。     

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。     

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。     

临近空间飞行器滑橇式起落架缓冲特性分析

可收起的滑橇式起落架能够解决临近空间飞行器机身内部空间紧张的问题。为验证滑橇式起落架的可靠性,优化滑橇式起落架的结构设计,需建立准确的滑橇式起落架动力学模型,对其落震动力学特性及影响落震性能的主要因素进行分析。文章基于某临近空间飞行器的滑橇式前起落架原型,对其进行运动学分析,建立基于ADAMS的三维落震仿真模型并进行动力学分析,得到其落震动力学特性。研究了缓冲器油孔尺寸、滑橇结构件的柔性以及滑块与地面间的摩擦因数对落震性能的影响。仿真结果表明,相同工况下滑橇式起落架的缓冲器行程比支柱式起落架短23.29%,缓冲力峰值比支柱式起落架高62.5%,油液阻尼力占缓冲器轴力的比值达到87.55%,因此滑橇式起落架不利于承受大冲击。缓冲性能受油孔尺寸影响,减小油孔面积,缓冲器载荷增大,最大行程减小。此外起落架缓冲性能还受到地面摩擦因数的影响,缓冲力峰值与缓冲器行程均随地面摩擦因数增大而增大。分析结果对可收起的滑橇式起落架的设计有一定的参考价值,有利于其在航空航天领域的应用。     

月球着陆器典型故障模式分析

为提高月球着陆器着陆可靠性,需识别潜在的故障模式对稳定性着陆带来的影响。建立了着陆器的动力学模型,给出了着陆器着陆时的七种极限工况,作为故障模式分析的基础;针对动力下降段三种典型故障模式,即主发动机延时关机、储箱残留液体着陆和触月信号延迟发出,建立与延时关机对应的上抛、平抛运动和数学关系,与残留液体着陆等效的单摆模型,施加触月信号延迟发出所产生的推力曲线,利用Adams软件进行动力学仿真;结果表明储箱残留液体着陆影响较小,另外两种故障模式使着陆时抗倾倒性能和缓冲性能恶化,增加着陆不稳定性。     

基于变刚度变阻尼的柔性喷管动态模型

针对柔性接头动态迟滞曲线受控制系统控制位置精度和动态响应速度影响较大的问题,基于电液伺服机构和柔性接头变刚度变阻尼模型,构建了柔性喷管的电液伺服机构-变刚度变阻尼模型,将其和电液伺服机构-定刚度定阻尼模型进行了对比。分析了电液伺服机构主要参数、柔性接头工作参数等对电液伺服机构-柔性接头系统动态特性的影响。分析结果表明:电液伺服机构-变刚度变阻尼模型所构造的迟滞曲线可更准确地与实验结果相吻合,并符合迟滞曲线随频率变化的规律,反馈系数、放大器静态放大系数、电液伺服机构增益、滑阀流量增益等参数对系统动态特性的影响更为明显。该模型为固体火箭发动机电液伺服机构-柔性接头系统动态特性的调整提供理论依据。     

月球着陆器软着陆动力学建模与分析综述

为解决着陆器研发过程中着陆稳定性、能量吸收和载荷缓冲等问题,需要开展大量的软着陆动力学仿真分析。文章研究分析了过去几十年中,腿式月球着陆器软着陆动力学仿真数学模型的发展过程及一些最新的建模方法。针对软着陆动力学仿真数学模型的3个方面：着陆器模型、月面模型和着陆腿足垫与月壤的接触模型,给出了各种建模方法之间的联系,并对着...     

可重复使用运载火箭着陆支腿总体布局与关键参数优化

通过对着陆支腿数量和构型进行对比仿真分析,提出了可重复使用运载火箭着陆支腿的总体布局方案,同时建立了着陆支腿参数化仿真模型,将着陆支腿的关键几何参数作为决策变量,基于多体动力学仿真软件开展着陆稳定性仿真分析,以提高着陆稳定性、降低运载火箭返回级受到的着陆过载系数及支腿轻量化为优化目标,对着陆支腿关键几何参数进行优化和确定。仿真结果表明,优化结果能够满足工程使用需要,可以为可重复使用运载火箭着陆支腿总体方案设计提供参考。     

Gravity-oriented satellite dynamics subject to gravitational and active damping torques

The dynamics of the rotational motion of a satellite moving in the central Newtonian field of force over a circular orbit under the effect of gravitational and active damping torques, which depend on the satellite angular velocity projections, has been investigated. The paper proposes a method of determining all equilibrium positions (equilibrium orientations) of a satellite in the orbital coordinate system for specified values of damping coefficients and principal central moments of inertia. The conditions of their existence have been obtained. For a zero equilibrium position where the axes of the satellite-centered coordinate system coincide with the axes of the orbital coordinate system, the necessary and sufficient conditions for asymptotic stability are obtained using the Routh–Hurwitz criterion. A detailed analysis of the regions where the conditions of the asymptotic stability of a zero equilibrium position are fulfilled have been obtained depending on three dimensionless parameters of the problem, and the numerical study of the process of attenuation of satellite’s spatial oscillations for various damping coefficients has been carried out. It has been shown that there is a wide range of damping parameters from which, by choosing the necessary values, one can provide the asymptotic stability of satellite’s zero equilibrium position in the orbital coordinate system.     

着陆姿态不确定下的着陆器缓冲机构优化设计

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% 。     

基于AMESim的先导膜片式电磁阀动态特性仿真

介绍了先导膜片式电磁阀的结构及工作原理,建立了其多物理过程耦合的数学模型,利用AMESim软件建立了先导式电磁阀动态仿真模型,研究了节流孔、工作压力、弹簧刚度及弹簧力对先导膜片式电磁阀动态响应的影响。结果表明:节流孔对响应时间的影响因素较大,随着节流孔的增大,阀门的打开响应时间越长,关闭响应时间越短。该分析方法可应用于先导式电磁阀的设计和分析,具有一定的工程应用价值。