一种航天器着陆机构缓冲实验装置与控制方法

1.本发明属于航天器着陆机构缓冲技术领域，尤其涉及一种航天器着陆机构缓冲实验装置与控制方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.由于空间中的航天器在星表开展软着陆时处于低重力环境，因此对于研发的新型星表着陆机构在星表能否顺利柔顺软着陆是研究着陆结构可靠性的一个重要因素，因此就需要在地面对着陆机构开展低重力软着陆试验，进而更好的模拟着陆机构在星表复杂环境下缓冲动力学特性。同时，着陆机构的软着陆缓冲过程也是试验地面支持设备考虑的一个重要因素。
4.目前，对于复杂结构的着陆机构开展落震缓冲试验设备精度较低、功能不足，通常情况下也是选择简单的缓冲试验装置对着陆机构缓冲动力学进行试验。
5.传统的实验方法，由于初始着陆机构与配重之间的固定约束方式不准确，着陆高度及角度调整不均匀等问题，导致实验精度较低等问题，不适用应用到柔顺缓冲着陆机构的低重力实验过程。


技术实现要素：

6.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种航天器着陆机构缓冲装置，能够满足缓冲动力学特性及控制系统的地面低重力实验要求。
7.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
8.第一方面，公开了一种航天器着陆机构缓冲装置，包括：
9.着陆机构、调节结构及缓冲结构；
10.所述调节结构包括多级缸体、可调配重块及电磁锁；
11.所述可调配重块上部通过绳连接至着陆机构的上端，所述可调配重块底部安装有电磁锁；
12.所述多级缸体安装有多级缸体内套，所述多级缸体内套的外端结构与电磁锁安装在一起；
13.通过控制所述多级缸体内套调整所述可调配重块到指定的位置，进而通过绳拉动所述着陆机构到达所述缓冲结构的指定位置。
14.作为进一步的技术方案，还包括：外部框架，所述外部框架包括底座，固定在底座同一方向上的两根立柱以及固定在两根立柱端部之间的横梁；
15.在底座和横梁之间固定安装两根平行布置的滑动导轨，且所述滑动导轨与底座和横梁之间均保持垂直角度。
16.作为进一步的技术方案，两根所述滑动导轨上分别安装有滑动轴承，滑动支架的
左右两侧与两套滑动轴承固定连接在一起，用于保证滑动支架能够沿着两根滑动导轨同时上下滑动；
17.两根所述滑动导轨的末端与底座之间设置有缓冲弹簧，用于对滑动支架缓冲末端保护。
18.作为进一步的技术方案，所述缓冲结构包括：冲击底盘、转角支架、土槽；
19.所述冲击底盘固定连接在底座上，所述转角支架安装在冲击底盘上，所述土槽通过转动销轴与转角支架进行连接，用于保证土槽能够沿着转动销轴自由转动。
20.作为进一步的技术方案，所述土槽为刚性土槽，容纳有缓冲压实土壤。
21.作为进一步的技术方案，还包括土槽角度调整机构，所述土槽角度调整机构包括丝杆销轴、调节丝杆、固定丝杆螺母；
22.所述固定丝杆螺母固定在冲击底盘上，调节丝杆穿过固定丝杆螺母，一端与摇动转盘固定连接在一起，另一端与丝杆销轴连接在一起；
23.所述丝杆销轴安装在冲击底盘底面，用于确保冲击底盘可以被丝杆销轴推动；
24.所述调节丝杆另一端与丝杆销轴连接在一起，且保证二者保持同轴，同时调节丝杆通过自由旋转推动丝杆销轴进而带动刚性土槽环绕转动销轴转动，实现刚性土槽的角度调整。
25.作为进一步的技术方案，还包括配重吊装滑轮与可调节滑轮，所述配重吊装滑轮与可调节滑轮均通过滑轮轴安装在横梁上的所对应的滑轮轴孔内部；
26.作为进一步的技术方案，所述绳一端连接可调配重块，并跨越配重吊装滑轮与可调节滑轮，绳另一端与吊钩安装在一起，着陆机构上端与吊钩连接在一起。
27.作为进一步的技术方案，还包括固定机构，所述固定机构包括卡盘及定位调节螺栓；
28.通过所述定位调节螺栓将着陆机构固定在卡盘的安装孔中，并将卡盘、定位调节螺栓与滑动支架连接在一起。
29.作为进一步的技术方案，所述着陆机构内部安装有加速度传感器。
30.第二方面，公开了一种航天器着陆机构缓冲方法，包括：
31.根据缓冲工况的着陆速度要求，控制缸体内套调整可调配重块到指定的位置，进而通过绳拉动着陆机构到达指定位置；
32.根据着陆工况的着陆面倾斜角度，转动调整摇动转盘，且通过调节丝杆调节刚性土槽的倾斜角度到达指定的位置；
33.电磁锁通电，电磁锁解锁缸体内套与可调配重块之间的连接，着陆机构随着滑动支架沿着两根滑动导轨垂直下落，着陆机构与刚性土槽中的缓冲压实土壤碰撞冲击。
34.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
35.本发明的多级缸体、缸体内套与电磁锁结构可以通过电磁锁的快速解锁，时刻保持钢丝绳处于受力状态，能够精确的控制着陆机构的高度，进而确保实验参数的准确性。
36.本发明的卡盘上部与着陆机构接触面，可根据实际的着陆倾角进行倾角匹配，并与刚性土槽的倾角相互配合，完成空间多方向的倾斜角度。
37.本发明的所述丝杆销轴安装在冲击底盘底面，确保冲击底盘可以被丝杆销轴推动；调节丝杆另一端与丝杆销轴连接在一起，且保证二者保持同轴，同时调节丝杆可以通过
自由旋转推动丝杆销轴进而带动刚性土槽环绕转动销轴转动，实现刚性土槽的角度调整。
38.采用本发明技术方案的低重力实验装置，结构设计合理，作业质量好，作业可靠，通用化程度高，完全满足了是未来航天器新型着陆底面低重力柔顺缓冲实验与精确控制理论的研究，为工程目标的转化提供技术和装备保障。实现了对的航天器着陆缓冲实验验证，以模拟星表着陆环境下的软着陆控制要求。
39.本发明达到了较好地解决现有技术中缺乏相应的用于实现高精度柔顺缓冲着陆实验，还可以快速高效的完成多次软着陆，提高了缓冲测试效率。
40.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
41.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
42.图1是本发明机械装配图；
43.图1中各标号：1-底座、2-立柱、3-滑动导轨、4-冲击底盘、5-转角支架、6-转动销轴、7-刚性土槽、8-缓冲压实土壤、9-摇动转盘、10-调节丝杆、11-丝杆销轴、12-固定丝杆螺母、13-缓冲弹簧、14-多级缸体、15-缸体内套、16-调节螺母、17-电磁锁、18-可调配重块、19-钢丝绳、20-配重吊装滑轮、21-可调节滑轮、22-滑轮轴、23-法兰底座、24-横梁、25-滑轮轴孔、26-吊钩.27-加速度传感器、28-滑动支架、29-滑动轴承、30-紧定螺钉、31-定位调节螺栓、32-卡盘、33-着陆机构。
具体实施方式
44.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
45.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
46.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
47.实施例一
48.由于目前没有发现同本发明类似的多功能，可精确控制的低重力实验装置的说明或报道，也尚未收集到国内类似的资料。因此，为使航天器着陆装备又快又好地健康发展，大力推进实现着陆机构动力学特性及控制理论的地面验证实验是必然趋势。
49.由此，本实施例公开了一种航天器着陆机构缓冲实验装置，用于实验使用，如图1所示，包括：
50.着陆机构、调节结构及缓冲结构；
51.调节结构包括多级缸体、可调配重块及电磁锁；
52.可调配重块上部通过绳连接至着陆机构的上端，所述可调配重块底部安装有电磁锁；
53.多级缸体安装有多级缸体内套，所述多级缸体内套的外端结构与电磁锁安装在一
起；
54.通过控制所述多级缸体内套调整所述可调配重块到指定的位置，进而通过绳拉动所述着陆机构到达所述缓冲结构的指定位置。
55.具体的，还包括外部框架，外部框架由底座(1)、两根立柱(2)和横梁(24)通过固定螺栓安装在一起组成。
56.其中一根立柱位于底座(1)及横梁(24)的各自的第一端，另一根立柱位于靠近底座(1)及横梁(24)的第二端，靠近另一根立柱且位于底座(1)及横梁(24)之间设置有调节结构，配重吊装滑轮位于横梁的第二端，通过钢丝绳连接可调配重块。
57.其中，两根滑动导轨(3)通过法兰底座(23)和螺栓连接固定安装在底座(1)和横梁(24)之间，并保持两根滑动导轨(3)之间的平行度，且与底座(1)和横梁(24)保持垂直角度。
58.两套缓冲弹簧(13)分别安装在各自对应的滑动导轨(3)上，实现对滑动支架(28)缓冲末端保护。
59.两套滑动轴承(29)分别安装在两根滑动导轨(3)上，滑动支架(28)，的左右两侧与两套滑动轴承(29)固定连接在一起，且可以保证滑动支架(28)能够沿着两根滑动导轨(3)同时上下滑动。
60.冲击底盘(4)与底座(1)固定连接在一起，并将转角支架(5)安装在冲击底盘(4)上，通过转动销轴(6)将刚性土槽(7)与转角支架(5)连接在一起，且保证刚性土槽(7)能够沿着转动销轴(6)自由转动。
61.在具体例子中，将所需的缓冲压实土壤(8)倒入刚性土槽(7)中，并根据所需的土壤压实度压实。
62.两套固定丝杆螺母(12)同轴安装固定在冲击底盘(4)的上下两个面，且调节丝杆(10)穿过两套固定丝杆螺母(12)，一端与摇动转盘(9)固定连接在一起，另一端与丝杆销轴(11)连接在一起。上述底盘结构内部为空腔结构。
63.丝杆销轴(11)安装在冲击底盘(4)底面，确保冲击底盘(4)可以被丝杆销轴(11)推动；调节丝杆(10)另一端与丝杆销轴(11)连接在一起，且保证二者保持同轴，同时调节丝杆(10)可以通过自由旋转推动丝杆销轴(11)进而带动刚性土槽(7)环绕转动销轴(6)转动，实现刚性土槽(7)的角度调整。
64.多级缸体(14)通过螺栓固定安装在底座(1)上，安装多级缸体内套(15)确保缸体内套(15)能够在多级缸体(14)内部受控伸缩运动。
65.缸体内套(15)外端结构与电磁锁(17)安装在一起，并通过调节螺母(16)定位到最佳安装位置。
66.其中，调节螺母(16)将电磁锁(17)一端固定安装在缸体内套(15)上顶端，另一端卡在可调配重块(18)底部，使其三者连接在一起，通过控制缸体内套(15)的伸缩长度调节可调配重块(18)的位置。
67.可调配重块(18)上部与钢丝绳(19)连接在一起，可调配重块(18)底部安装有电磁锁(17)。
68.配重吊装滑轮(20)与可调节滑轮(21)均通过滑轮轴(22)安装在横梁(24)上的所对应的滑轮轴孔(25)内部。
69.钢丝绳(19)一端连接可调配重块(18)，并跨越配重吊装滑轮(20)与可调节滑轮
(21)，钢丝绳(19)另一端与吊钩(26)安装在一起。
70.配重吊装滑轮(20)与可调节滑轮(21)均有保护罩，防止钢丝绳脱离滑轮轨道，以保证安全性。
71.根据着陆机构(33)外形结构，选择合适的卡盘(32)，并通过定位调节螺栓(31)将着陆机构(33)固定在卡盘(32)的安装孔中，并将卡盘(32)定位调节螺栓(31)与滑动支架(28)连接在一起。通过该固定方式保证着陆机构(33)能够更稳定的与实验装置安装在一起，确保安装结构的稳定性，保证实验数据的准确性。
72.其中，对应不同的着陆机构(33)外径和形状，选取不同的卡盘(32)与之配合安装，安装时同轴心同轴固定连接在一起。
73.根据着陆机构(33)上端与吊钩(26)连接在一起，同时将加速度传感器(27)安装在着陆机构(33)内部，通过调节缸体内套(15)在多级缸体中的位置，调节着陆机构(33)到达指定的着陆缓冲高度位置，便于开展缓冲实验。
74.多级缸体为一种液压机构，液压控制缸体内套的升降伸缩，且伸缩距离可控，着陆机构(33)在重力作用下会具有向下的力，上端通过钢丝绳(19)拉力拉着，缸体内套(15)的结构可以自由伸缩，同时通过钢丝绳(19)拉动着陆机构(33)上下滑动，继而实现对着陆机构的位置调整。
75.上述指定的着陆缓冲高度位置具体为：可以根据实验因素自行选择实验的高度，每次实验高度根据实验要求设定。
76.加速度传感器的数据直接反应出该着陆机构(33)的缓冲实验效果，将加速度传感器的数据实时返回控制系统，作为控制输入反馈信号，调节着陆机构(33)的摩擦缓冲力，实现着陆机构(33)的柔顺缓冲控制。
77.本发明的工作过程是：
78.该装置工作过程中，当开展着陆机构柔顺缓冲实验时：
79.首先，将着陆机构(33)调节到最佳初始缓冲位置，将加速度传感器(27)安装在着陆机构(33)上部中间位置；
80.选择合适倾角的卡盘(32)并通过定位调节螺栓(31)固定在滑动支架(28)的安装孔内，将着陆机构(33)通过定位调节螺栓(31)固定在卡盘(32)中间安装孔中；
81.其中，选择合适倾角的卡盘时，根据着陆实验的着陆角度要求，如需要选择着陆角度为0度，15度，30度，45度等等，倾角参数选择对应的倾角卡盘(32)；
82.此时将吊钩(26)与着陆机构(33)上端的连接孔连接在一起，此时根据着陆机构实际着陆工况的星表重力加速度要求，选择合适的可调配重块(18)，并将缸体内套(15)与电磁锁(17)连接在一起；
83.选择合适的可调配重块(18)时，根据不用的地外天体表面的重力加速度，选择不同的配重质量，如月球表面是地球的1/6，因此需要配掉5/6的质量。
84.根据缓冲工况的着陆速度要求，控制缸体内套(15)在多级缸体内的高度继而调整可调配重块(18)到指定的位置，进而通过钢丝绳(19)拉动着陆机构(33)到达指定位置；
85.根据着陆工况的着陆面倾斜角度，转动调整摇动转盘(9)，且通过调节丝杆(10)调节刚性土槽(7)的倾斜角度使得着陆机构(33)到达指定的实验位置，此时给电磁锁(17)通电，电磁锁(17)解锁缸体内套(15)与可调配重块(18)之间的连接，此时着陆机构(33)随着
滑动支架(28)沿着两根滑动导轨(3)垂直下落，着陆机构(33)与刚性土槽(7)中的缓冲压实土壤(8)碰撞冲击，完成一次缓冲实验。
86.根据着陆工况的着陆面倾斜角度，转动调整摇动转盘(9)，具体为通过调节丝杆(10)的上下移动，推动刚性土槽(7)绕着转动销轴(6)旋转，调节倾角。
87.本发明技术方案用于解决现有技术中缺乏相应的高效可重复缓冲实验平台，且当前的缓冲实验装置缓冲控制精度较低、自动化程度较低及各着陆面倾斜角度不可调等问题。该装置结构设计合理，作业质量好，作业可靠，满足了缓冲动力学特性及控制系统的地面低重力实验要求。
88.实施例二
89.本实施例的目的是提供一种航天器着陆机构缓冲实验的控制方法，包括：
90.根据缓冲工况的着陆速度要求，控制缸体内套调整可调配重块到指定的位置，进而通过绳拉动着陆机构到达指定位置；
91.根据着陆工况的着陆面倾斜角度，转动调整摇动转盘，且通过调节丝杆调节刚性土槽的倾斜角度到达指定的位置；
92.电磁锁通电，电磁锁解锁缸体内套与可调配重块之间的连接，着陆机构随着滑动支架沿着两根滑动导轨垂直下落，着陆机构与刚性土槽中的缓冲压实土壤碰撞冲击。
93.上述方法适合于航天器可重复着陆柔顺缓冲控制，发明较好地解决现有航天器着陆装备中缺乏相应的可重复着陆动力学地面实验精确控制的问题，不但可以实现柔顺缓冲控制，还可以完成多次可重复着陆实验，提高着陆精度调整与工作效率，完全满足了航空航天领域缓冲着陆过程中对着陆机构的地面缓冲与精确控制的实验要求。
94.需要说明的是，上述着陆机构可以需要换成对应实验的机构，不限于本实施例子所标准的着陆机构，也可以是液压缓冲器，气动缓冲器，电磁缓冲器、磁流变液缓冲器、机械缓冲器、溃缩材料缓冲器等需要开展碰撞、冲击实验的任何装置，均适用于本发明。
95.本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
96.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种航天器着陆机构缓冲实验装置，其特征是，包括：着陆机构、调节结构及缓冲结构；所述调节结构包括多级缸体、可调配重块及电磁锁；所述可调配重块上部通过绳连接至着陆机构的上端，所述可调配重块底部安装有电磁锁；所述多级缸体安装有多级缸体内套，所述多级缸体内套的外端结构与电磁锁安装在一起；通过控制所述多级缸体内套在多级缸体的位置调整所述可调配重块到指定的位置，进而通过绳拉动所述着陆机构到达所述缓冲结构的指定位置。2.如权利要求1所述的一种航天器着陆机构缓冲实验装置，其特征是，还包括：外部框架，所述外部框架包括底座，固定在底座同一方向上的两根立柱以及固定在两根立柱端部之间的横梁；在底座和横梁之间固定安装两根平行布置的滑动导轨，且所述滑动导轨与底座和横梁之间均保持垂直角度。3.如权利要求2所述的一种航天器着陆机构缓冲实验装置，其特征是，两根所述滑动导轨上分别安装有滑动轴承，滑动支架的左右两侧与两套滑动轴承固定连接在一起，用于保证滑动支架能够沿着两根滑动导轨同时上下滑动；优选的，两根所述滑动导轨的末端与底座之间设置有缓冲弹簧，用于对滑动支架缓冲末端保护。4.如权利要求1所述的一种航天器着陆机构缓冲实验装置，其特征是，所述缓冲结构包括：冲击底盘、转角支架、土槽；所述冲击底盘固定连接在底座上，所述转角支架安装在冲击底盘上，所述土槽通过转动销轴与转角支架进行连接，用于保证土槽能够沿着转动销轴自由转动。5.如权利要求4所述的一种航天器着陆机构缓冲实验装置，其特征是，所述土槽为刚性土槽，容纳有缓冲压实土壤。6.如权利要求4所述的一种航天器着陆机构缓冲实验装置，其特征是，还包括土槽角度调整机构，所述土槽角度调整机构包括丝杆销轴、调节丝杆、固定丝杆螺母；所述固定丝杆螺母固定在冲击底盘上，调节丝杆穿过固定丝杆螺母，一端与摇动转盘固定连接在一起，另一端与丝杆销轴连接在一起；所述丝杆销轴安装在冲击底盘底面，用于确保冲击底盘可以被丝杆销轴推动；所述调节丝杆另一端与丝杆销轴连接在一起，且保证二者保持同轴，同时调节丝杆通过自由旋转推动丝杆销轴进而带动土槽环绕转动销轴转动，实现土槽的角度调整。7.如权利要求2所述的一种航天器着陆机构缓冲实验装置，其特征是，还包括配重吊装滑轮与可调节滑轮，所述配重吊装滑轮与可调节滑轮均通过滑轮轴安装在横梁上的所对应的滑轮轴孔内部。8.如权利要求7所述的一种航天器着陆机构缓冲实验装置，其特征是，所述绳一端连接可调配重块，并跨越配重吊装滑轮与可调节滑轮，绳另一端与吊钩安装在一起，着陆机构上端与吊钩连接在一起。9.如权利要求1所述的一种航天器着陆机构缓冲实验装置，其特征是，还包括固定机
构，所述固定机构包括卡盘及定位调节螺栓；通过所述定位调节螺栓将着陆机构固定在卡盘的安装孔中，并将卡盘、定位调节螺栓与滑动支架连接在一起；所述着陆机构内部安装有加速度传感器。10.一种航天器着陆机构缓冲实验的控制方法，其特征是，包括：根据缓冲工况的着陆速度要求，控制缸体内套调整可调配重块到指定的位置，进而通过绳拉动着陆机构到达指定位置；根据着陆工况的着陆面倾斜角度，转动调整摇动转盘，且通过调节丝杆调节刚性土槽的倾斜角度到达指定的位置；电磁锁通电，电磁锁解锁缸体内套与可调配重块之间的连接，着陆机构随着滑动支架沿着两根滑动导轨垂直下落，着陆机构与刚性土槽中的缓冲压实土壤碰撞冲击。

技术总结
本发明提出了一种航天器着陆机构缓冲实验装置与控制方法，包括：着陆机构、调节结构及缓冲结构；所述调节结构包括多级缸体、可调配重块及电磁锁；所述可调配重块上部通过绳连接至着陆机构的上端，所述可调配重块底部安装有电磁锁；所述多级缸体安装有多级缸体内套，所述多级缸体内套的外端结构与电磁锁安装在一起；通过控制所述多级缸体内套调整所述可调配重块到指定的位置，进而通过绳拉动所述着陆机构到达所述缓冲结构的指定位置。构到达所述缓冲结构的指定位置。构到达所述缓冲结构的指定位置。


技术研发人员：周金华 巩庆涛 李康强 刘彭媛
受保护的技术使用者：鲁东大学
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/4