271 / 2019-09-26 17:45:37

仿生蝗虫腿登月舱着陆缓冲机构的设计研究

载人登月飞行器；仿生着陆机构；软着陆冲击；着陆模式

结构优化与结构行为分析 > 结构力学行为分析

在探月活动中，探测器能否在月球表面平稳着陆决定着整个探月活动的成败。我国在完成探测器在月球表面进行软着陆之后，下一步将在月球表面进行载人登月，因此，设计一种新型的缓冲装置以保证登月人员和设备的安全是非常重要的。受到蝗虫腿的结构以及其着陆模式的启发，通过分析蝗虫的腿部结构和着陆策略，针对登月舱的实际结构参数和工作情况，提出了一种仿生蝗虫腿登月舱着陆缓冲机构。本文给出了机构的质量、长度、角度等基本参数，并建立了缓冲机构的运动学和动力学模型。通过对机构的有限元和等效刚性模型的仿真比较，确定了机构的等效模型通过改变机构的缓冲器刚度和足垫伸出距离这两个关键结构参数，分析了参数与机构的缓冲性能的关系。通过与传统的着陆机构加速度比较说明，仿生蝗虫腿着陆缓冲机构的性能比较优秀。除模拟平整表面外，分别模拟了登月舱以“1-2-1”着陆模式和“2-2”着陆模式下的加速度响应和能量吸收特点。并分析了不同水平分量和不同着陆坡度下缓冲机构的最大加速度、最大冲程、姿态角和能量吸收比例等性能指标的变化情况。结果表明在考虑水平速度和着陆坡度的情况下，“2-2”着陆模式要优于“1-2-1”着陆模式。