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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

载人飞船返回舱再入着陆力学环境防护技术改进

文章对弹道-升力式载人飞船返回舱再入着陆力学环境及其乘员和舱载仪器设备的防护措施进行了理论分析和试验研究。适当的返回舱座椅安装角度有利于乘员承受再入过载。座椅缓冲系统是吸收着陆冲击能量、保护乘员最重要的环节,发挥返回舱结构缓冲吸能作用也是改善着陆冲击环境的有效措施。合理设计返回舱设备布局和安装形式可保护舱载设备免受着陆冲击损坏。防护措施的改进可有效保护乘员免受伤害,保证舱载仪器设备正常工作。     

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。     

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.     

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。     

水平着陆飞行器着陆架系统耦合压缩触地过程仿真分析

水平着陆飞行器着陆架触地是一个短时间、高动态的复杂运动过程,着陆架系统中的轮胎和减震器压缩过程存在耦合因素,直接求解其微分方程具有一定的困难。采用一种基于力矩瞬时平衡条件的触地过程仿真分析方法,通过求解以减震器压缩量增量为自变量的一元非线性方程,得到既满足力矩瞬时平衡条件又满足几何耦合关系的减震器压缩量和轮胎压缩量。该方法不需要求解着陆架系统的运动方程,可在飞行器六自由度仿真模型基础上直接扩展,无需改变其仿真步长,可有效应用于水平着陆飞行器着陆架系统耦合压缩触地过程的仿真分析。     

垂直回收火箭可伸缩着陆腿展开的动力学仿真分析

可伸缩着陆腿是实现运载火箭垂直回收的有效途径。相比于着陆过程，火箭着陆腿展开过程涉及的动力学问题更值得特别关注。根据多体动力学方法建立可伸缩着陆腿的虚拟样机模型，针对展开过程开展仿真分析，研究了支腿结构柔性、腿节滑移摩擦力、气动罩气动力及过载等因素对展开时长和展开到位角速度两个关键展开特性指标的影响。结果表明，结构柔性对展开特性影响可忽略，过载对展开特性的影响最大，其次是气动罩气动力和腿节摩擦力。相关研究结果可为用于火箭垂直回收的可伸缩式着陆腿设计提供参考。     

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。     

再入参数调整对登月航天器返回再入特性的影响

首先分析了再入参数调整对登月航天器返回再入运动特性的影响;然后利用自主编制的仿真软件,对再入参数调整的影响进行了仿真分析;最后在深入分析仿真结果的基础上,研究了再入参数变化对航天器再入过载、航程、飞行时间及落点散布等的具体影响规律,为后继进一步开展载人月球飞行相关任务的分析设计提供了有益参考。     

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。     

MSL火星探测器高超声速流场预测及气动性分析

为获取火星探测器升力-弹道式进入火星大气层的气动特性,以火星科学实验室探测器（MSL）为研究对象,开展基于有效比热比方法的高超声速流动的数值模拟研究,并建立探测器进入过程的气动性能分析方法。计算分析表明,探测器绕流流场因有效比热比较小而具有很薄的激波层,物面气动力与文献值吻合良好;气动分析表明,对特定飞行状态,质心位置决定配平升阻比和俯仰静稳定度,合理的质心法向偏移和纵向移动可满足探测器的升阻特性和静稳定性,同时给定的配平特性和静稳定性要求也可指导质心位置调整,进而为探测器的气动布局设计和舱内设备布置提供建议。     

载人飞船全系数自适应再入升力控制

本文从控制角度分析载人飞船再入升力控制的特点，将全系数自适应控制方法应用于载人飞船的升力控制研究中，并就落点精度、最大过载、燃料消耗、姿态平稳性等几方面，同制导理论中经典的标准弹道升力控制、落点预报算法中的ＰＩＤ算法进行了仿真比较，证明了本文方法的优越性。