着陆器足垫与月壤竖向冲击简化动力学模型

发布时间：2024-02-28 04:00

　　月面软着陆过程中足垫在冲击条件下的动力响应是着陆缓冲机构设计的重要依据。月壤颗粒受压易碎和散体材料特性对足垫与月壤动力相互作用起控制作用。参考NASA提出的动力控制方程,引入月壤阻尼效应建立足垫-月壤一维竖向冲击数力模型。结合室内试验、数值模拟和模型试验结果,建立月壤状态特性相关力学参数计算模型,构建冲击质量累积模型,采用精细时程积分算法将冲击过程中参数变化纳入方程求解,最终得到不同给定条件(冲击质量、冲击速度)下足垫受力和位移时程曲线和峰值。同时,以冲击质量1.5kg、冲击速度1m/s为例验证了模型计算结果与实测结果具有较好的一致性,可以作为缓冲机构设计冲击力、位移、作用时间输入值的估算模型。

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【部分图文】：

图1玉兔二号拍摄月壤与月岩

冲击过程中足垫受力特性是着陆缓冲机构设计的重要依据。国内外学者做了大量工作对月壤特性和冲击动力学问题进行研究。凌道盛等[4]根据软着陆冲击过程的特点设计了竖向冲击模型试验系统，并采用数值模拟方法对冲击过程进行建模分析。马炜[5]针对月壤的散体材料特性，结合多刚体碰撞理论采用离散元....

图2软着陆过程示意图

着陆器软着陆冲击过程中，足垫与月壤的相互作用可分为三个阶段[12]：冲击接触、滑移和静止（图2）。为揭示冲击运动机理，得到足垫运动的控制参数，将整个冲击过程简化为竖向冲击（A）和水平滑移（B）两个阶段。竖向冲击段是指足垫与月壤接触开始到月壤反力对加速度影响不大时结束，整个竖向冲击....

图3足垫-月壤竖向冲击物理模型系统

测试结果表明[4]：竖向冲击过程中足垫接触月壤后，初始几个毫秒内，应力波在月壤内传播深度有限，表层模拟月壤形成加密区[13]。在冲击压缩位移小于临界刺入位移前，月壤呈弹性变形；超过临界刺入位移后，形成塑性破坏区，月壤呈现弹塑性。为研究竖向冲击过程足垫与月壤的相互作用力，建立足垫-....

图4冲剪区质量

假定时间足够短则冲剪区质量增量可以表示为应变量ε1厚度的小圆柱，则冲剪区质量增量Δm:2.2月壤刚度

本文编号：3913442