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

背景技術(shù)：

近年來，每年都有多個(gè)航天型號(hào)由于著陸時(shí)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(shí)，由于缺乏對(duì)著陸器著陸沖擊載荷下的耦合碰撞機(jī)理認(rèn)識(shí)，對(duì)沖擊響應(yīng)特性研究目前還處在試驗(yàn)，改進(jìn)，再試驗(yàn)的階段上。這種解決方法帶來的問題是對(duì)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(hào)產(chǎn)品研制埋下了隱患。

技術(shù)實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)滑軌、配重塊、足墊移動(dòng)滑軌連接件和試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物體；2個(gè)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(gè)固定滑軌之間；所述支撐架底部設(shè)置在2個(gè)固定滑軌上并可在所述固定滑軌上水平移動(dòng)；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(gè)足墊移動(dòng)滑軌；配重塊設(shè)置在所述2個(gè)足墊移動(dòng)滑軌之間并通過足墊移動(dòng)滑軌連接件與所述2個(gè)足墊移動(dòng)滑軌滑動(dòng)連接，所述配重塊下方設(shè)置有試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物體；支撐架沿著固定滑軌移動(dòng)至模擬月壤上方，沿著足墊移動(dòng)滑軌提升配重塊后釋放，試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物體隨配重塊沿足墊移動(dòng)滑軌自由下落，進(jìn)行月面著陸沖擊模擬實(shí)驗(yàn)。

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(dòng)，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)進(jìn)行傾斜著陸的月面著陸沖擊模擬實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)一步的，所述試驗(yàn)?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(yàn)?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(dòng)滑軌為軸承滑軌，所述足墊移動(dòng)滑軌連接件為滑動(dòng)軸承。

進(jìn)一步的，所述模擬實(shí)驗(yàn)裝置包括用于測(cè)量試驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)裝置包括用于測(cè)量試驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)裝置包括土應(yīng)力傳感器，所述土應(yīng)力傳感器用于測(cè)量試驗(yàn)?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(cè)量試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物體的中心對(duì)稱面。

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

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(shí)驗(yàn)裝置可以開展月球低重力環(huán)境著陸沖擊模擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置對(duì)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(shí)驗(yàn)裝置在進(jìn)行中性面著陸沖擊特性的模擬時(shí)，采用土應(yīng)力傳感器測(cè)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(shí)，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(yàn)結(jié)果進(jìn)行充分對(duì)比分析，有利于對(duì)問題的分析和理解。

(4)、本發(fā)明的月面著陸沖擊模擬實(shí)驗(yàn)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(duì)瞬態(tài)沖擊特性的影響。通過模擬月面著陸沖擊實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響著陸沖擊瞬態(tài)響應(yīng)特性的各影響因素進(jìn)行識(shí)別，對(duì)各影響因素的作用效果進(jìn)行評(píng)估，給出影響因子。為后續(xù)航天器著陸沖擊響應(yīng)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)，同時(shí)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(shí)驗(yàn)裝置垂直著陸實(shí)驗(yàn)著陸前狀態(tài)的三維示意圖；

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

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

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

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

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

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

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

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

具體實(shí)施方式

如圖1-9所示，一種月面著陸沖擊模擬實(shí)驗(yàn)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(dòng)軸承8、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物體、用于測(cè)量試驗(yàn)?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(cè)量試驗(yàn)?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(cè)量試驗(yàn)?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(cè)量試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物體的中心對(duì)稱面；固定滑軌1、模擬月壤2、沙箱3、支撐架4組成該實(shí)驗(yàn)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(dòng)軸承8組成跌落過程的滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置；2個(gè)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(gè)固定滑軌1之間；所述支撐架4底部設(shè)置在2個(gè)固定滑軌上并可在所述固定滑軌1上水平移動(dòng)；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(dòng)，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)以傾角α進(jìn)行傾斜著陸的月面著陸沖擊模擬實(shí)驗(yàn)；所述滑軌固定梁5上固定設(shè)置有2個(gè)軸承滑軌6；配重塊7設(shè)置在所述2個(gè)軸承滑軌6之間并通過滑動(dòng)軸承8與所述2個(gè)軸承滑軌6滑動(dòng)連接，所述配重塊7下方設(shè)置有試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物體。

優(yōu)選的，所述試驗(yàn)?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(yàn)?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(dòng)，在模擬月壤2多處進(jìn)行多次著陸沖擊模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)模擬月壤2一次鋪設(shè)多次試驗(yàn)。

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(shí)驗(yàn)：

支撐架4沿著固定滑軌1移動(dòng)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)參數(shù)的采集，同時(shí)采用高速攝像設(shè)備記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程并提取相關(guān)數(shù)據(jù)。

(2)傾斜著陸實(shí)驗(yàn)：

支撐架4沿著固定滑軌1移動(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)參數(shù)的采集，同時(shí)采用高速攝像設(shè)備記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程并提取相關(guān)數(shù)據(jù)。

(3)中性面的著陸沖擊模擬實(shí)驗(yàn)：

支撐架4沿著固定滑軌1移動(dòng)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(shí)驗(yàn)，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(cè)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(shí)，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(yàn)結(jié)果進(jìn)行充分對(duì)比分析，有利于對(duì)問題的分析和理解。實(shí)驗(yàn)中通過標(biāo)記典型點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性，采用外圍和內(nèi)部測(cè)試測(cè)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(dòng)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)。