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类球式着陆器展开系统的设计与分析研究

作　者: 刘伟
导　师: 李笑
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 着陆器展开系统运动学动力学有限元法
分类号: V476
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 82次
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内容摘要

深空探测具有不可估量的价值和意义,而人类开发利用太空资源的主要手段就是发射探测器,使其能够成功着陆目标行星。在探测器的着陆过程中,不仅会受到自身惯性力的作用,而且还会受到目标星球重力的影响,如何有效地缓解和吸收着陆时的冲击与振动,降低对着陆器及其内部有效载荷的冲击,使其免受破坏已成为太空探测过程中一个极其关键的环节。鉴于这种情况,本文在深入研究相关领域发展状况的基础上,创造性地提出了一种结构新颖的、应用于气囊式软着陆器的展开系统设计方案,主要是针对类似于火星这样周围有大气、重力加速度较大的行星的着陆。按照此方案完成了展开系统各个部分的详细结构设计。然后对所设计的展开系统进行了相关分析和论证,主要分为以下两个部分:首先进行刚体运动学和动力学分析,分析展开系统的各个运动参数之间、各个运动参数和各个关节力矩之间的关系,以及在工作时可能受到的外力对其的影响,如展开时地面的撞击力等,同时修正设计过程中的一些结构参数,如关节扭转弹性刚度等。其次对所设计的展开系统结构进行有限元分析,从有限元的角度分析其在展开阶段的运动情况、与地面的撞击情况和漫游车沿着着陆通道着陆过程中,漫游车对其的影响,建立各个阶段有限元模型的同时,对其进行数值求解,分析其固有的一些性能和工作时可能遇到的冲击激励下的响应情况。通过以上分析,进一步验证了所设计的着陆器展开系统的合理性与可行性,为今后着陆器的进一步完善,奠定一定的基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景  8-10
    1.1.1 行星探索的意义  8-9
    1.1.2 研究着陆器的意义  9-10
  1.2 着陆器的国内外研究现状综述  10-13
    1.2.1 国外气囊式着陆器的研究现状  10-12
    1.2.2 国内气囊式着陆器的研究现状  12-13
  1.3 课题研究的主要内容  13-14
第2章着陆器展开系统的结构设计  14-25
  2.1 引言  14
  2.2 设计的一般要求与相关参数  14
  2.3 方案的确定  14-15
  2.4 着陆器展开系统的主要组成部分  15-20
    2.4.1 展开臂机构  16-18
    2.4.2 锁紧机构  18-19
    2.4.3 辅助机构  19-20
  2.5 展开系统的工作原理  20-21
  2.6 材料的选择  21-22
  2.7 关节处扭转弹簧的设计  22-24
    2.7.1 展开系统展开的必要条件  22-23
    2.7.2 扭转弹簧刚度的确定  23-24
  2.8 展开系统的静强度校核  24
  2.9 本章小结  24-25
第3章着陆器展开系统的运动学分析  25-33
  3.1 引言  25
  3.2 展开臂Ⅰ的运动学分析  25-28
  3.3 展开臂Ⅱ的运动学分析  28-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章着陆器展开系统的动力学建模及仿真  33-42
  4.1 引言  33
  4.2 展开系统展开臂的动力学建模  33-36
  4.3 着陆器展开系统的动力学仿真  36-41
  4.4 本章小结  41-42
第5章着陆器展开系统的有限元分析  42-66
  5.1 引言  42
  5.2 展开臂接触地面之前的有限元分析  42-47
    5.2.1 展开臂结构的简化  42-43
    5.2.2 梁单元有限元建模  43-44
    5.2.3 总体运动方程的集合  44-47
    5.2.4 动力学分析  47
  5.3 展开臂与地面的撞击分析  47-57
    5.3.1 展开臂结构的简化  47-48
    5.3.2 碰撞前的运动微分方程  48-52
    5.3.3 碰撞时的运动微分方程  52-55
    5.3.4 数值仿真  55-57
  5.4 漫游车着陆过程中展开臂的有限元分析  57-65
    5.4.1 展开臂结构的简化  57-58
    5.4.2 展开臂在漫游车着陆时的受迫振动  58-63
    5.4.3 动力学分析  63-65
  5.5 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-71
致谢  71

类球式着陆器展开系统的设计与分析研究

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