月球探测器软着陆缓冲材料分析研究

论文摘要

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。其中,在月球成功实现软着陆是整个月球探测计划中最重要的环节之一,因此,月球探测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。论文针对铝蜂窝材料及磁流变液在月球探测器软着陆缓冲装置中的应用予以研究。首先,研究了蜂窝材料缓冲性能特点,得出了近似的应力应变曲线及相应冲击特性,为蜂窝缓冲器缓冲材料的选择和计算提供依据。其次,介绍了磁流变液的发展现状、机理和性能特点,以磁流变阻尼器的常用阻尼力模型为算例,研究了其在月球探测软着陆领域的应用。论文根据“嫦娥”二期探月软着陆任务需求,结合蜂窝材料、磁流变液缓冲性能,设计了相应的软着陆缓冲器并进行分析。在铝蜂窝缓冲器设计领域,论文以典型蜂窝机构为算例,通过在LS-DYNA中进行有限元分析,获得月球探测器缓冲系统初步设计参数,为下一步开展细节设计建立基础。在磁流变缓冲器设计分析领域,论文首先将探测器着陆过程简化为三自由度模型;其次,基于Herschel-Bulkley本构模型构建出控制电流随冲击速度变化和缓冲器缓冲性能变化的数学模型;最后论文在MATLAB/SIMULINK软件中针对上述模型予以验证。求得在月球环境下,探测器缓冲时的过载、速度和行程随时间的变化关系。研究结果表明,通过对串联磁流变液缓冲器的电流控制能够保证探测器在月面安全软着陆。上述研究表明:蜂窝材料缓冲器和磁流变缓冲器在登陆器上的应用是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究意义和必要性
• 1.3.1 月球探测的必要性
• 1.3.2 软着陆的意义和必要性
• 1.4 论文研究内容
• 第二章 常用探测器软着陆缓冲器
• 2.1 铝蜂窝芯子方案
• 2.2 复合材料管方案
• 2.3 组合式方案
• 2.4 其它方案
• 2.5 方案对比
• 2.6 本章小结
• 第三章 蜂窝材料的性质
• 3.1 蜂窝材料缓冲特性研究
• 3.2 蜂窝弹性变性性质
• 3.3 蜂窝塑性变形性质
• 3.4 温度对蜂窝缓冲特性的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 蜂窝材料缓冲器的分析
• 4.1 背景介绍
• 4.1.1 月球登陆器动力学方程
• 4.1.2 蜂窝缓冲器结构
• 4.2 蜂窝缓冲器理论设计
• 4.3 铝蜂窝缓冲器着陆有限元分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 磁流变阻尼器性能及其应用研究
• 5.1 磁流变液的研究
• 5.1.1 磁流变液的研究进展
• 5.1.2 磁流变液的组成
• 5.1.3 磁流变液的性能研究
• 5.2 磁流变阻尼器的性能研究
• 5.2.1 磁流变阻尼器的剪切应力模型
• 5.2.2 磁流变阻尼器的阻尼力简化模型
• 5.2.3 磁流变阻尼器的阻尼力模型选择的结论
• 5.3 本章小结
• 第六章 磁流变缓冲器软着陆仿真研究
• 6.1 磁流变缓冲器结构参数的选择
• 6.1.1 磁流变缓冲器阻尼力的确定
• 6.1.2 磁流变液的确定
• 6.1.3 磁流变缓冲器参数的确定
• 6.2 阻尼器的性能仿真
• 6.2.1 参数n 对缓冲器阻尼力的影响
• 6.2.2 第一级缓冲在受4m/s 冲击时的缓冲性能
• 6.2.3 第二级缓冲在受3m/s 冲击时的缓冲性能
• 6.2.4 一级二级缓冲组合的缓冲性能
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结与研究展望
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 论文研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文