一種月面著陸沖擊模擬實驗裝置的制作方法

本發(fā)明涉及一種航天器地面模擬實驗裝置，特別是一種月面著陸沖擊模擬實驗裝置。

背景技術(shù)：

近年來，每年都有多個航天型號由于著陸時的沖擊發(fā)生質(zhì)量問題，包括著陸沖擊導(dǎo)致的控制產(chǎn)品元器件失效、沖擊致結(jié)構(gòu)破壞、沖擊過大不滿足使用指標(biāo)等。在處理這些問題時，由于缺乏對著陸器著陸沖擊載荷下的耦合碰撞機(jī)理認(rèn)識，對沖擊響應(yīng)特性研究目前還處在試驗，改進(jìn)，再試驗的階段上。這種解決方法帶來的問題是對于故障產(chǎn)生的原因以及故障的解決措施沒有進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，多停留在問題表象，這給后續(xù)型號產(chǎn)品研制埋下了隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種月面著陸沖擊模擬實驗裝置。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種月面著陸沖擊模擬實驗裝置，包括：基座、固定滑軌、模擬月壤、沙箱、支撐架、滑軌固定梁、足墊移動滑軌、配重塊、足墊移動滑軌連接件和試驗?zāi)繕?biāo)物體；2個固定滑軌水平固定設(shè)置在基座上，裝有模擬月壤的沙箱設(shè)置在2個固定滑軌之間；所述支撐架底部設(shè)置在2個固定滑軌上并可在所述固定滑軌上水平移動；所述支撐架的頂部橫梁上設(shè)置有滑軌固定梁；所述滑軌固定梁上固定設(shè)置有2個足墊移動滑軌；配重塊設(shè)置在所述2個足墊移動滑軌之間并通過足墊移動滑軌連接件與所述2個足墊移動滑軌滑動連接，所述配重塊下方設(shè)置有試驗?zāi)繕?biāo)物體；支撐架沿著固定滑軌移動至模擬月壤上方，沿著足墊移動滑軌提升配重塊后釋放，試驗?zāi)繕?biāo)物體隨配重塊沿足墊移動滑軌自由下落，進(jìn)行月面著陸沖擊模擬實驗。

進(jìn)一步的，所述滑軌固定梁可繞所述支撐架的頂部橫梁轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)試驗?zāi)繕?biāo)進(jìn)行傾斜著陸的月面著陸沖擊模擬實驗。

進(jìn)一步的，所述試驗?zāi)繕?biāo)物體為模擬足墊，所述模擬足墊為半球形。

進(jìn)一步的，所述試驗?zāi)繕?biāo)物體為剖面足墊，所述剖面足墊為1/4球形。

進(jìn)一步的，所述足墊移動滑軌為軸承滑軌，所述足墊移動滑軌連接件為滑動軸承。

進(jìn)一步的，所述模擬實驗裝置包括用于測量試驗?zāi)繕?biāo)物體加速度相應(yīng)的加速度傳感器。

進(jìn)一步的，所述模擬實驗裝置包括用于測量試驗?zāi)繕?biāo)物體著陸沖擊力的力傳感器。

進(jìn)一步的，所述模擬實驗裝置包括土應(yīng)力傳感器，所述土應(yīng)力傳感器用于測量試驗?zāi)繕?biāo)物體擠壓碰撞模擬月壤過程中，中性面位置的土應(yīng)力變化，所述中性面為測量試驗?zāi)繕?biāo)物體的中心對稱面。

進(jìn)一步的，支撐架沿固定滑軌運(yùn)動，在模擬月壤多處進(jìn)行多次著陸沖擊模擬實驗。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)、本發(fā)明的月面著陸沖擊模擬實驗裝置可以開展月球低重力環(huán)境著陸沖擊模擬實驗技術(shù)研究，還原著陸沖擊瞬態(tài)著陸器與月壤的作用特性，研究并總結(jié)月壤顆粒與物質(zhì)間的作用特性規(guī)律。

(2)、本發(fā)明的月面著陸沖擊模擬實驗裝置對自然現(xiàn)象的深層次挖掘，推廣航天器回收著陸技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

(3)、本發(fā)明的月面著陸沖擊模擬實驗裝置在進(jìn)行中性面著陸沖擊特性的模擬時，采用土應(yīng)力傳感器測量模擬足墊在擠壓碰撞模擬月壤過程中，中性面位置的土應(yīng)力變化。同時，采用離散元分析軟件可以有效獲取中性面的土應(yīng)力特性，可以和試驗結(jié)果進(jìn)行充分對比分析，有利于對問題的分析和理解。

(4)、本發(fā)明的月面著陸沖擊模擬實驗裝置可以用于分析不同著陸器接觸碰撞外形、著陸姿態(tài)、著陸速度、不同月壤物理和力學(xué)特性對瞬態(tài)沖擊特性的影響。通過模擬月面著陸沖擊實驗，對影響著陸沖擊瞬態(tài)響應(yīng)特性的各影響因素進(jìn)行識別，對各影響因素的作用效果進(jìn)行評估，給出影響因子。為后續(xù)航天器著陸沖擊響應(yīng)設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)，同時通過系統(tǒng)研究，總結(jié)著陸沖擊過程中著陸器與月壤物質(zhì)間的作用特性規(guī)律。

附圖說明

圖1為本發(fā)明模擬實驗裝置垂直著陸實驗著陸前狀態(tài)的三維示意圖；

圖2為本發(fā)明模擬實驗裝置垂直著陸實驗著陸前狀態(tài)的二維示意圖；

圖3為本發(fā)明模擬實驗裝置垂直著陸實驗著陸后狀態(tài)的三維示意圖；

圖4為本發(fā)明模擬實驗裝置垂直著陸實驗著陸后狀態(tài)的二維示意圖；

圖5為本發(fā)明模擬實驗裝置傾斜著陸實驗著陸后狀態(tài)的三維示意圖；

圖6為本發(fā)明模擬實驗裝置傾斜著陸實驗著陸后狀態(tài)的二維示意圖；

圖7為本發(fā)明模擬實驗裝置中性面著陸實驗著陸后狀態(tài)的三維示意圖；

圖8為本發(fā)明模擬實驗裝置中性面著陸實驗著陸后狀態(tài)的二維示意圖；

圖9為本發(fā)明模擬實驗裝置中模擬足墊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1-9所示，一種月面著陸沖擊模擬實驗裝置，包括：基座、固定滑軌1、用于模擬月壤表面物理特性的模擬月壤2、沙箱3、支撐架4、滑軌固定梁5、軸承滑軌6、配重塊7、滑動軸承8、試驗?zāi)繕?biāo)物體、用于測量試驗?zāi)繕?biāo)物體加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)的加速度傳感器9、用于測量試驗?zāi)繕?biāo)物體著陸沖擊力的力傳感器10和土應(yīng)力傳感器13，所述土應(yīng)力傳感器13用于測量試驗?zāi)繕?biāo)物體擠壓碰撞模擬月壤2過程中，中性面位置的土應(yīng)力變化，所述中性面為測量試驗?zāi)繕?biāo)物體的中心對稱面；固定滑軌1、模擬月壤2、沙箱3、支撐架4組成該實驗裝置的本體結(jié)構(gòu)；滑軌固定梁5、軸承滑軌6、配重塊7、滑動軸承8組成跌落過程的滑動限位裝置；加速度傳感器9、力傳感器10、土應(yīng)力傳感器13組成實驗測量裝置；2個固定滑軌1水平固定設(shè)置在基座上，裝有模擬月壤2的沙箱3設(shè)置在2個固定滑軌1之間；所述支撐架4底部設(shè)置在2個固定滑軌上并可在所述固定滑軌1上水平移動；所述支撐架4的頂部橫梁上設(shè)置有滑軌固定梁5；所述滑軌固定梁5可繞所述支撐架4的頂部橫梁轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)試驗?zāi)繕?biāo)以傾角α進(jìn)行傾斜著陸的月面著陸沖擊模擬實驗；所述滑軌固定梁5上固定設(shè)置有2個軸承滑軌6；配重塊7設(shè)置在所述2個軸承滑軌6之間并通過滑動軸承8與所述2個軸承滑軌6滑動連接，所述配重塊7下方設(shè)置有試驗?zāi)繕?biāo)物體。

優(yōu)選的，所述試驗?zāi)繕?biāo)物體為模擬足墊11，所述模擬足墊11為半球形，通過足墊增大與模擬月壤接觸面積。

優(yōu)選的，所述試驗?zāi)繕?biāo)物體為剖面足墊12，所述剖面足墊12為1/4球形，通過足墊增大與模擬月壤接觸面積。

優(yōu)選的，支撐架4沿固定滑軌1運(yùn)動，在模擬月壤2多處進(jìn)行多次著陸沖擊模擬實驗，實現(xiàn)模擬月壤2一次鋪設(shè)多次試驗。

本發(fā)明所述的著陸緩沖裝置的工作過程如下：

(1)垂直著陸實驗：

支撐架4沿著固定滑軌1移動至指定模擬月壤2上方，隨后沿著軸承滑軌6提升配重塊7至指定高度后釋放，使其沿著軸承滑軌6自由下落，模擬足墊11隨配重塊7沿軸承滑軌6以一定的著陸速度自由下落觸模擬月壤2，進(jìn)行月面著陸沖擊模擬實驗，在此過程中，設(shè)置在模擬足墊11的加速度傳感器9和力傳感器10進(jìn)行實驗參數(shù)的采集，同時采用高速攝像設(shè)備記錄整個實驗過程并提取相關(guān)數(shù)據(jù)。

(2)傾斜著陸實驗：

支撐架4沿著固定滑軌1移動至指定模擬月壤2上方后固定，將滑軌固定梁5所述支撐架4的頂部橫梁轉(zhuǎn)動至預(yù)定角度α后將滑軌固定梁5與支撐架4固定，釋放配重塊7，使模擬足墊11以一定的著陸水平速度接觸模擬月壤2，從而進(jìn)行帶有水平速度的著陸沖擊特性研究，在此過程中，設(shè)置在模擬足墊11的加速度傳感器9和力傳感器10進(jìn)行實驗參數(shù)的采集，同時采用高速攝像設(shè)備記錄整個實驗過程并提取相關(guān)數(shù)據(jù)。

(3)中性面的著陸沖擊模擬實驗：

支撐架4沿著固定滑軌1移動至沙箱3邊緣位置，使得設(shè)置在模擬足墊11的加速度傳感器9軸線方向與沙箱3側(cè)壁重合，沿著軸承滑軌6提升配重塊7至指定高度后釋放，使其沿著軸承滑軌6自由下落，剖面足墊12隨配重塊7沿軸承滑軌6以一定的著陸速度自由下落觸模擬月壤2，進(jìn)行中性面的著陸沖擊模擬實驗，在此過程中，模擬月壤2中設(shè)置在中性面上的土應(yīng)力傳感器13測量模擬足墊11在擠壓碰撞模擬月壤2過程中，中性面位置的土應(yīng)力變化。同時，采用離散元分析軟件可以有效獲取中性面的應(yīng)力分布等土應(yīng)力特性，可以和試驗結(jié)果進(jìn)行充分對比分析，有利于對問題的分析和理解。實驗中通過標(biāo)記典型點(diǎn)的運(yùn)動特性，采用外圍和內(nèi)部測試測量設(shè)施進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的獲取，從內(nèi)部開展顆粒運(yùn)動受力特性研究。

本發(fā)明說明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。