月球探测器软着陆缓冲机构缓冲性能分析研究

【摘要】：月球的开发和利用对人类的发展具有重要的意义,目前世界主要航天国家都已经开展了各自的月球探测计划,掀起了新一轮月球探测高潮。我国也早已启动自己的月球探测计划——“嫦娥工程”,它分为“绕、落、回”3个发展阶段。目前,我国已成功发射了第一个月球探测器,并实现了绕月飞行,但是要实现第二个目标,还要解决一系列关键技术,包括软着陆技术。因此,对着陆器软着陆缓冲技术的研究对我国的探月工程和其它深空探测活动都具有重要的意义。 论文论述了月球着陆器软着陆技术国内外研究现状,论述了常用的软着陆缓冲装置和国内外主流的着陆冲击仿真软件。完成了探测器着陆过程数学模型分析,确定了探测器内部缓冲材料重要参数。 论文根据“嫦娥”二期探月软着陆任务需求,结合各缓冲装置自身特点,选择了铝蜂窝作缓冲材料,建立铝蜂窝有限元模型,对铝蜂窝展开冲击仿真分析,研究蜂窝材料的缓冲性能.研究结果表明所选铝蜂窝能够很好的吸收冲击能量,满足任务要求。论述了月壤的物理及机械性能,建立了月壤有限元模型,采用Dytran自带土壤材料本构模型,分析其力学特性;另外根据国外已有的研究成果,建立了采用柔塑性本构模型模拟的月壤材料。 建立了着陆腿模型,结合铝蜂窝模型和月壤模型建立了单腿着陆仿真模型,在给定的边界条件下进行着陆冲击分析,结果验证了建模方法的正确性。在此基础上建立了全机着陆仿真模型,对其进行四腿同时着陆仿真分析,得到了着陆器着陆时的过载、速度、行程、能量随时间的变化关系;建立了机体刚性的着陆模型,仿真结果与柔性机体模型仿真结果进行对比分析。研究结果表明论文选用的着陆方案能够保证着陆器在月面安全着陆,由于柔性变形着陆器机体产生高频振荡,将严重影响着陆器的着陆性能,在着陆器软着陆机构设计阶段必须予以重视。