一种月面着陆冲击模拟实验装置的制作方法

本发明涉及一种航天器地面模拟实验装置，特别是一种月面着陆冲击模拟实验装置。

背景技术：

近年来，每年都有多个航天型号由于着陆时的冲击发生质量问题，包括着陆冲击导致的控制产品元器件失效、冲击致结构破坏、冲击过大不满足使用指标等。在处理这些问题时，由于缺乏对着陆器着陆冲击载荷下的耦合碰撞机理认识，对冲击响应特性研究目前还处在试验，改进，再试验的阶段上。这种解决方法带来的问题是对于故障产生的原因以及故障的解决措施没有进行系统深入的研究，多停留在问题表象，这给后续型号产品研制埋下了隐患。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有上述现有技术的不足，提供一种月面着陆冲击模拟实验装置。

本发明的技术解决方案是：一种月面着陆冲击模拟实验装置，包括：基座、固定滑轨、模拟月壤、沙箱、支撑架、滑轨固定梁、足垫移动滑轨、配重块、足垫移动滑轨连接件和试验目标物体；2个固定滑轨水平固定设置在基座上，装有模拟月壤的沙箱设置在2个固定滑轨之间；所述支撑架底部设置在2个固定滑轨上并可在所述固定滑轨上水平移动；所述支撑架的顶部横梁上设置有滑轨固定梁；所述滑轨固定梁上固定设置有2个足垫移动滑轨；配重块设置在所述2个足垫移动滑轨之间并通过足垫移动滑轨连接件与所述2个足垫移动滑轨滑动连接，所述配重块下方设置有试验目标物体；支撑架沿着固定滑轨移动至模拟月壤上方，沿着足垫移动滑轨提升配重块后释放，试验目标物体随配重块沿足垫移动滑轨自由下落，进行月面着陆冲击模拟实验。

进一步的，所述滑轨固定梁可绕所述支撑架的顶部横梁转动，以实现试验目标进行倾斜着陆的月面着陆冲击模拟实验。

进一步的，所述试验目标物体为模拟足垫，所述模拟足垫为半球形。

进一步的，所述试验目标物体为剖面足垫，所述剖面足垫为1/4球形。

进一步的，所述足垫移动滑轨为轴承滑轨，所述足垫移动滑轨连接件为滑动轴承。

进一步的，所述模拟实验装置包括用于测量试验目标物体加速度相应的加速度传感器。

进一步的，所述模拟实验装置包括用于测量试验目标物体着陆冲击力的力传感器。

进一步的，所述模拟实验装置包括土应力传感器，所述土应力传感器用于测量试验目标物体挤压碰撞模拟月壤过程中，中性面位置的土应力变化，所述中性面为测量试验目标物体的中心对称面。

进一步的，支撑架沿固定滑轨运动，在模拟月壤多处进行多次着陆冲击模拟实验。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明的月面着陆冲击模拟实验装置可以开展月球低重力环境着陆冲击模拟实验技术研究，还原着陆冲击瞬态着陆器与月壤的作用特性，研究并总结月壤颗粒与物质间的作用特性规律。

(2)、本发明的月面着陆冲击模拟实验装置对自然现象的深层次挖掘，推广航天器回收着陆技术的广泛应用。

(3)、本发明的月面着陆冲击模拟实验装置在进行中性面着陆冲击特性的模拟时，采用土应力传感器测量模拟足垫在挤压碰撞模拟月壤过程中，中性面位置的土应力变化。同时，采用离散元分析软件可以有效获取中性面的土应力特性，可以和试验结果进行充分对比分析，有利于对问题的分析和理解。

(4)、本发明的月面着陆冲击模拟实验装置可以用于分析不同着陆器接触碰撞外形、着陆姿态、着陆速度、不同月壤物理和力学特性对瞬态冲击特性的影响。通过模拟月面着陆冲击实验，对影响着陆冲击瞬态响应特性的各影响因素进行识别，对各影响因素的作用效果进行评估，给出影响因子。为后续航天器着陆冲击响应设计提供设计依据，同时通过系统研究，总结着陆冲击过程中着陆器与月壤物质间的作用特性规律。

附图说明

图1为本发明模拟实验装置垂直着陆实验着陆前状态的三维示意图；

图2为本发明模拟实验装置垂直着陆实验着陆前状态的二维示意图；

图3为本发明模拟实验装置垂直着陆实验着陆后状态的三维示意图；

图4为本发明模拟实验装置垂直着陆实验着陆后状态的二维示意图；

图5为本发明模拟实验装置倾斜着陆实验着陆后状态的三维示意图；

图6为本发明模拟实验装置倾斜着陆实验着陆后状态的二维示意图；

图7为本发明模拟实验装置中性面着陆实验着陆后状态的三维示意图；

图8为本发明模拟实验装置中性面着陆实验着陆后状态的二维示意图；

图9为本发明模拟实验装置中模拟足垫的结构示意图。

具体实施方式

如图1-9所示，一种月面着陆冲击模拟实验装置，包括：基座、固定滑轨1、用于模拟月壤表面物理特性的模拟月壤2、沙箱3、支撑架4、滑轨固定梁5、轴承滑轨6、配重块7、滑动轴承8、试验目标物体、用于测量试验目标物体加速度响应数据的加速度传感器9、用于测量试验目标物体着陆冲击力的力传感器10和土应力传感器13，所述土应力传感器13用于测量试验目标物体挤压碰撞模拟月壤2过程中，中性面位置的土应力变化，所述中性面为测量试验目标物体的中心对称面；固定滑轨1、模拟月壤2、沙箱3、支撑架4组成该实验装置的本体结构；滑轨固定梁5、轴承滑轨6、配重块7、滑动轴承8组成跌落过程的滑动限位装置；加速度传感器9、力传感器10、土应力传感器13组成实验测量装置；2个固定滑轨1水平固定设置在基座上，装有模拟月壤2的沙箱3设置在2个固定滑轨1之间；所述支撑架4底部设置在2个固定滑轨上并可在所述固定滑轨1上水平移动；所述支撑架4的顶部横梁上设置有滑轨固定梁5；所述滑轨固定梁5可绕所述支撑架4的顶部横梁转动，以实现试验目标以倾角α进行倾斜着陆的月面着陆冲击模拟实验；所述滑轨固定梁5上固定设置有2个轴承滑轨6；配重块7设置在所述2个轴承滑轨6之间并通过滑动轴承8与所述2个轴承滑轨6滑动连接，所述配重块7下方设置有试验目标物体。

优选的，所述试验目标物体为模拟足垫11，所述模拟足垫11为半球形，通过足垫增大与模拟月壤接触面积。

优选的，所述试验目标物体为剖面足垫12，所述剖面足垫12为1/4球形，通过足垫增大与模拟月壤接触面积。

优选的，支撑架4沿固定滑轨1运动，在模拟月壤2多处进行多次着陆冲击模拟实验，实现模拟月壤2一次铺设多次试验。

本发明所述的着陆缓冲装置的工作过程如下：

(1)垂直着陆实验：

支撑架4沿着固定滑轨1移动至指定模拟月壤2上方，随后沿着轴承滑轨6提升配重块7至指定高度后释放，使其沿着轴承滑轨6自由下落，模拟足垫11随配重块7沿轴承滑轨6以一定的着陆速度自由下落触模拟月壤2，进行月面着陆冲击模拟实验，在此过程中，设置在模拟足垫11的加速度传感器9和力传感器10进行实验参数的采集，同时采用高速摄像设备记录整个实验过程并提取相关数据。

(2)倾斜着陆实验：

支撑架4沿着固定滑轨1移动至指定模拟月壤2上方后固定，将滑轨固定梁5所述支撑架4的顶部横梁转动至预定角度α后将滑轨固定梁5与支撑架4固定，释放配重块7，使模拟足垫11以一定的着陆水平速度接触模拟月壤2，从而进行带有水平速度的着陆冲击特性研究，在此过程中，设置在模拟足垫11的加速度传感器9和力传感器10进行实验参数的采集，同时采用高速摄像设备记录整个实验过程并提取相关数据。

(3)中性面的着陆冲击模拟实验：

支撑架4沿着固定滑轨1移动至沙箱3边缘位置，使得设置在模拟足垫11的加速度传感器9轴线方向与沙箱3侧壁重合，沿着轴承滑轨6提升配重块7至指定高度后释放，使其沿着轴承滑轨6自由下落，剖面足垫12随配重块7沿轴承滑轨6以一定的着陆速度自由下落触模拟月壤2，进行中性面的着陆冲击模拟实验，在此过程中，模拟月壤2中设置在中性面上的土应力传感器13测量模拟足垫11在挤压碰撞模拟月壤2过程中，中性面位置的土应力变化。同时，采用离散元分析软件可以有效获取中性面的应力分布等土应力特性，可以和试验结果进行充分对比分析，有利于对问题的分析和理解。实验中通过标记典型点的运动特性，采用外围和内部测试测量设施进行相关参数的获取，从内部开展颗粒运动受力特性研究。

本发明说明书中未详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。