Ученые разрабатывают механизм приземления небольшого небесного тела на ножках для моделирования приземления и экспериментальных испытаний

Пекинского технологического института Press Co.

Устойчивая посадка является обязательным условием для исследования небольшого небесного тела на месте. Поверхность небольшого небесного тела часто имеет слабую гравитацию и неровную форму, а окружающая среда на поверхности неизвестна и неопределенна. Механизм приземления имеет тенденцию отскакивать и переворачиваться, а время устойчивости приземления велико. Однако, хотя большинство исследований эффективности посадки сосредоточено на посадке на Луну, между поверхностями Луны и Марса существуют различия.

Поэтому важно изучить характеристики посадки в различных условиях, чтобы проанализировать границу устойчивости при посадке и предложить разумные предложения по посадке для поддержки исследования малых небесных тел в Китае.

В исследовательской статье, недавно опубликованной в журнале Space: Science & Technology, исследователи из Пекинского института системотехники космических аппаратов, Харбинского технологического института и Миланского политехнического университета создали имитационную модель механизма посадки в различных условиях посадки, проанализировали чувствительность ключевые параметры, влияющие на характеристики приземления, а также проверенная правильность моделирования с помощью экспериментальных испытаний, которые могут дать указания механизму посадки устойчиво приземлиться на небольшое небесное тело.

Сначала авторы кратко воспроизводят механизм приземления и имитацию приземления. Механизм приземления небольшого небесного тела, использованный в моделировании, содержит посадочную ногу, посадочные стойки, карданный элемент, демпфирующий элемент, основание оборудования и многое другое. При моделировании учитываются два сценария: приземление посадочного механизма на посадочный откос с Vx > 0; и приземление механизма приземления в сторону от посадочного склона с помощью Vx. В каждом сценарии три режима приземления классифицируются в соответствии с порядком контакта между приземляющейся ногой и посадочным уклоном, т.е. (a) режим приземления 1-2, (b) 2- 1 режим посадки и (c) режим посадки 1-1-1 (с углом отклонения от курса 30°). Для всех режимов приземления в обоих сценариях моделирования поворот посадочного механизма предотвращается тормозной ракетой, а скольжение посадочных опор отсутствует.

Максимальное перегрузочное ускорение базы оборудования составляет менее 10 g, а время устойчивости приземления — менее 4 секунд. Это показывает, что посадочный механизм может безопасно приземлиться в различных условиях приземления. Кроме того, когда Vx > 0, исследования показывают, что режим 2-1 имеет лучшие характеристики приземления среди трех режимов, а характеристики приземления в режимах 1-2 и 1-1-1 аналогичны. При Vx Во-вторых, анализируются ключевые факторы, влияющие на качество приземления.

Карданный элемент демпфирования (c2)

Время стабилизации при приземлении значительно сокращается, а перегрузочное ускорение ослабляется, когда с2 является переменным по сравнению с постоянным с2. Посадочный механизм имеет лучшие характеристики приземления, когда c2 является переменным.

Анкеры для ног

Анкеры ног влияют на коэффициент трения между посадочными ногами и посадочной поверхностью. Проскальзывание приводит к тому, что механизм приземления удаляется далеко от точки приземления, что может повлиять на крепление системы крепления. Трение между посадочным механизмом и посадочной поверхностью должно быть высоким, чтобы избежать скольжения посадочного механизма. Опрокидывание посадочного механизма из-за большого трения можно устранить за счет ретро-тяги ракеты. Поэтому полезно спроектировать опоры для ног на посадочном механизме, поскольку они могут проникать в посадочную поверхность и предотвращать или ослаблять скольжение посадочного механизма.

Тяга ретро-ракеты

Тяга ретро-ракеты может предотвратить подпрыгивание или поворот посадочного механизма; таким образом, тяга ретро-ракеты способствует успешной посадке.

Посадочный склон

Чем больше угол наклона, тем выше угловая скорость поворота опорных стоек и тем больше время стабилизации приземления. Влияние угла наклона на ускорение перегрузки основания оборудования не очевидно. Поэтому для уменьшения времени стабилизации приземления следует выбирать посадочную поверхность с меньшим углом наклона.

Посадочное положение

При приземлении посадочного механизма в различных посадочных положениях в пределах допустимой посадочной скорости максимальное перегрузочное ускорение составляет менее 10g, а время стабилизации приземления — менее 5 секунд. Посадка хорошая. При угле рыскания 60° (т.е. режиме посадки 2-1) посадочный механизм испытывает минимальное перегрузочное ускорение и наименьшее время устойчивости приземления, а характеристики приземления являются лучшими.

Затем достоверность имитационной модели проверяется испытаниями. Эти испытания проводятся на воздушно-плавающей платформе. Ускорение при посадке измеряется датчиками ускорения. Отдельно проводятся испытания посадки на уклон 30° в режиме 1-2, режиме 1-2 и режиме 1-1-1. Эти режимы приземления и скорости импортируются в имитационную модель. Сравниваются характеристики приземления между испытаниями и моделированием.

Ускорение перегрузки базы оборудования, полученное в результате моделирования, близко к полученному в ходе испытаний, а результат моделирования немного превышает результат испытания. Это связано с механической гибкостью посадочного механизма, который будет производить гибкую деформацию при испытании и поглощать часть ударной нагрузки. Изменения угловой скорости поворота опорной ноги и угла поворота в моделировании и тесте относительно последовательны.

Но между примерно 0,7 и 2,5 секундами в режиме 1-2, примерно 0,5 и 2 секундами в режиме 2-1 и на протяжении всей продолжительности режима 1-1-1 угол поворота приземляющейся ноги в тесте меньше. чем в симуляции. Причина в том, что тестируемая посадочная поверхность представляет собой твердую древесину, и анкеры для ног не проникают в твердую древесину, что приводит к небольшому проскальзыванию посадочного механизма. Кроме того, обнаружено, что режим приземления 2-1 имеет самое короткое время стабилизации, и нет очевидной связи между ускорением с перегрузкой и режимом приземления.

Наконец, авторы приходят к выводу, что для улучшения качества приземления полезны следующие методы:

• Механизм приземления с тремя опорами предпочтительно должен выбирать режим приземления 2-1.
• Регулируемое демпфирование, соответствующее условиям приземления, помогает улучшить устойчивость при посадке.
• Анкеры для ног могут уменьшить скольжение при приземлении и сократить время стабилизации при приземлении. Ретро-ракета на вершине посадочного механизма может ослабить или предотвратить отскок при приземлении.
• Посадочный механизм должен преимущественно приземляться на ровные площадки.

Информация от: Пекинским технологическим институтом Press Co.