一种仿生王莲叶脉结构的足垫支撑

1.本发明涉及仿生结构工程技术领域，尤其是涉及一种仿生王莲叶脉结构的足垫支撑。


背景技术：

2.随着航天技术的发展，深空探索逐渐成为航天领域追求的热门方向。在深空探索过程中，探测器能否平稳着陆是保证后续探索顺利进行的前提，因此对航天着陆器力学性能的研究具有十分重要的意义。在着陆过程中，着陆器足垫是直接与地表接触的部件，其抗冲击性能直接影响了着陆器能否正常运行。但是，目前应用的着陆器足垫基本上都是厚重的金属圆盘形足垫，一方面其抗冲击性能较差，容易产生损坏；另一方面其重量过大，增加了航天器的能源消耗以及制作成本。因此，在保证足垫力学性能的前提下，完成对足垫的轻量化、高强化的设计具有重要的实际意义。


技术实现要素：

3.发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，通过仿生王莲叶结构实现良好的支撑、抗压性能，同时配合蜂窝结构实现减重，提高了性能的同时降低了生产过程中的成本。
4.技术方案：本发明所述的仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，包括主体结构、加强结构及连接结构；所述主体结构为圆盘形球面结构，所述连接结构设于主体结构的内盘面中心处，所述加强结构为多根设于主体结构内盘面、由连接结构向圆盘外周径向放射状分布的加强筋。
5.进一步的，所述主体结构、加强结构与连接结构采用slm技术一体成型。
6.进一步的，所述主体结构表面为贯穿型蜂窝结构。
7.进一步的，所述加强筋周向均匀间隔分布，向外周径向放射时形成多级分支，同级分支之间成固定角度。
8.进一步的，所述加强筋经过放射后的每级分支的宽度为上级的一半。
9.进一步的，所述加强筋之间的夹角为45
°
或者60
°
，径向放射后的分支夹角为30
°
。
10.进一步的，所述连接结构为圆柱结构，起到与着陆器支架连接的作用。
11.进一步的，所述主体结构的球面弧度为10
°
。
12.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：本发明中主体结构为足垫直接接触行星表面的构件，承担了抗压与抗冲击的功能，同时由于蜂窝结构的存在，使得应力与能量分布更加合理并有效地减轻了足垫重量；加强结构作为主要的承载构件，其特殊的结构有效的增强了足垫的承载能力，当足垫与地表接触时，加强结构为主体结构提供了较大的支撑力，辅助主体结构承受冲击载荷，同时，其各级分支可以有效地分散应力，缓解了应力集中，避免足垫结构产生较大的损伤，提高了着陆器着陆的稳定性。
附图说明
13.图1是本发明实施例1立体结构图；
14.图2是本发明实施例1侧视图；
15.图3是本发明实施例2立体结构图；
16.图4是本发明实施例3立体结构图；
17.图5是本发明实施例1足垫在20000n载荷下的应力分布图；
18.图6是本发明实施例1-3的断裂极限折线图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
20.实施例1
21.如图1和图2所示，一种仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，包括主体结构1、加强结构2及连接结构3，所述主体结构1、加强结构2与连接结构3采用slm技术一体成型。所述主体结构1为圆盘形球面结构，表面为贯穿型蜂窝结构，球面弧度为10
°
；所述连接结构3设于主体结构1的内盘面中心处，为圆柱结构；所述加强结构2为多根设于主体结构1内盘面、由连接结构3向圆盘外周径向放射状分布的加强筋，所述加强筋周向均匀间隔分布，向外周径向放射时形成多级分支，同级分支之间成固定角度。所述加强筋经过放射后的每级分支的宽度为上级的一半。
22.本实施例中，足垫(主体结构1)半径为75mm，厚度为5mm，蜂窝边长为2.5mm，表面与水平面夹角(球面弧度)为10
°
；加强结构主干(第一级加强筋)宽度为4mm，主干间夹角为45
°
，分支间夹角为30
°
，主干长20mm，一级分支长15mm，二级分支长15mm，三级分支与足垫圆周相交；连接结构半径为10mm，高度为15mm。
23.实施例2
24.如图3所示的仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，与实施例1的区别仅在于加强结构主干间夹角为60
°
。
25.实施例3
26.如图4所示的仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，与实施例2的区别仅在于加强结构主干(第一级加强筋)宽度为6mm。
27.实施例1-3中，主体结构是直接接触行星表面的构件，起支撑与保证着陆稳定的作用；加强结构是主要的承载构架，起提高足垫结构力学性能与整体稳定性的作用；连接结构起与着陆器支架连接的作用。
28.实施例1-3中的足垫支撑性能表征方法如下所示：
29.对足垫进行力学性能研究，通过实验获得slm成型铝合金的力学性能参数，如杨氏模量、拉伸强度、断裂伸长率等，并将这些参数输入有限元分析软件ansys中，然后导入模型、划分网格、添加边界及载荷条件，最后通过内置求解器求解结构的力学性能，如变形能力、应力分布、破坏承载力等。通过有限元分析手段对结构的力学性能进行分析，既可以较准确地预测结构的实际性能，还可以大大降低发明成本，提高发明效率。
30.实施例1的足垫在20000n载荷下的应力分布如图5所示，应力通过加强筋分支得到分散，整体应力分布均匀。
31.对实施例1-3的足垫进行断裂极限测试，如图6所示，减小加强筋角度，增加加强筋数量，可以提高承载力，增加加强筋的宽度对与承载力的提升更为明显。


技术特征：
1.一种仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，其特征在于：包括主体结构(1)、加强结构(2)及连接结构(3)；所述主体结构(1)为圆盘形球面结构，所述连接结构(3)设于主体结构(1)的内盘面中心处，所述加强结构(2)为多根设于主体结构(1)内盘面、由连接结构(3)向圆盘外周径向放射状分布的加强筋。2.根据权利要求1所述的仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，其特征在于：所述主体结构(1)、加强结构(2)与连接结构(3)采用slm技术一体成型。3.根据权利要求1所述的仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，其特征在于：所述主体结构(1)表面为贯穿型蜂窝结构。4.根据权利要求1所述的仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，其特征在于：所述加强筋周向均匀间隔分布，向外周径向放射时形成多级分支，同级分支之间成固定角度。5.根据权利要求4所述的仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，其特征在于：所述加强筋经过放射后的每级分支的宽度为上级的一半。6.根据权利要求4所述的仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，其特征在于：所述加强筋之间的夹角为45
°
或者60
°
，径向放射后的分支夹角为30
°
。7.根据权利要求1所述的仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，其特征在于：所述连接结构(3)为圆柱结构。8.根据权利要求1所述的仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，其特征在于：所述主体结构(1)的球面弧度为10
°
。

技术总结
本发明公开了一种仿生王莲叶脉结构的足垫支撑，包括主体结构、加强结构及连接结构；所述主体结构为圆盘形球面结构，所述连接结构设于主体结构的内盘面中心处，所述加强结构为多根设于主体结构内盘面、由连接结构向圆盘外周径向放射状分布的加强筋。本发明通过仿生王莲叶结构实现良好的支撑、抗压性能，同时配合蜂窝结构实现减重，提高了性能的同时降低了生产过程中的成本。过程中的成本。过程中的成本。


技术研发人员：林开杰 王骞 宋玉越 贺俊健 李文祺 仇智超
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.06.13
技术公布日：2022/9/19