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文献标题

面向火星着陆器触地模拟试验的重力卸载系统

Abstract

在地面环境下开展可靠且快速的验证试验是保障探测器成功着陆的关键。该文基于零自由长度弹簧模拟“天问一号”火星着陆的重力卸载系统,在触地阶段为探测器提供火星表面的重力环境,破解卸载力在触地及剧烈碰撞过程中平稳、恒定输出的技术难题,利用弹簧对冲击力等高频干扰的截断能力,使重力卸载系统在剧烈动态过程中保持平稳的输出。试验结果表明:系统的恒力输出最大平均误差为1.5%,可有效保障大行程、重载、高速和冲击条件下恒定卸载力的施加。系统的负载可调设计可适配不同目标行星的重力环境,提高了相关触地模拟的试验效率。

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note

目前国内外对重力卸载的研究多集中于静态或者准静态场景 ,而对于大负载和具有剧烈运动状态改变的动态过程 ,尚未形成良好的重力卸载方法

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着陆器的顶端由一根钢丝绳垂吊 ,钢丝绳的另一端绕过恒拉力机构中的右侧滑轮 ,螺旋缠绕在与电机同轴的滚筒上。并联弹簧组由 5 根尺寸、材料与性能相同的拉伸弹簧并联组成 ,弹簧的两端分别与2个底座连接。其中,左侧底座与拉力调节装置连接,钢丝绳一端则与并联弹簧组的右侧底座连接 ,另一端绕过定滑轮与摆动杆联接

恒拉力机构在从初始状态到着陆器着陆的过程中,运动状态如图3所示,① 表示恒拉力机构还未发挥作用的状态,即摆动杆位于上极限位置,着陆器的部分质量全部由支撑架、并联弹簧组与摆动杆承受,摆动杆与水平面的夹角为 45°。当制动器接收到触发信号,着陆器的全部质量由并联弹簧组、支撑架与摆动杆承受,恒拉力机构发挥作用,进而由状态① 运动到状态 ②,此时摆动杆达到水平位置,该位置的恒拉力机构卸载效率最高。着陆器继续向下运动,使摆动杆由状态 ② 过渡到状态 ③,理论上,当摆动杆运动到状态 ③ 时,着陆器已完全着陆,并联弹簧组的拉伸长度达到最大。如果摆动杆运动到状态③时,着陆器还未着陆,摆动杆与并联弹簧组就会触发限位开关,发出报警信号,并完全限制摆动杆与并联弹簧组的运动,此时电机 (见图2) 放绳的速度会加快,防止由着陆器拽引破坏恒拉力机构。

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理论计算上得到了重力卸载的输出曲线，并在实际触地阶段得到了验证：

图9a表明 ,恒拉力机构在触地时间段内的最大输出力为 7562N,最小输出力为 7104N,最大误差为 5%

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参考

引文

脚注