本發(fā)明涉及一種航天器地面模擬實驗裝置，特別是一種月面著陸沖擊模擬實驗裝置。

背景技術：

近年來，每年都有多個航天型號由于著陸時的沖擊發(fā)生質量問題，包括著陸沖擊導致的控制產品元器件失效、沖擊致結構破壞、沖擊過大不滿足使用指標等。在處理這些問題時，由于缺乏對著陸器著陸沖擊載荷下的耦合碰撞機理認識，對沖擊響應特性研究目前還處在試驗，改進，再試驗的階段上。這種解決方法帶來的問題是對于故障產生的原因以及故障的解決措施沒有進行系統(tǒng)深入的研究，多停留在問題表象，這給后續(xù)型號產品研制埋下了隱患。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種月面著陸沖擊模擬實驗裝置。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種月面著陸沖擊模擬實驗裝置，包括：基座、固定滑軌、模擬月壤、沙箱、支撐架、滑軌固定梁、足墊移動滑軌、配重塊、足墊移動滑軌連接件和試驗目標物體；2個固定滑軌水平固定設置在基座上，裝有模擬月壤的沙箱設置在2個固定滑軌之間；所述支撐架底部設置在2個固定滑軌上并可在所述固定滑軌上水平移動；所述支撐架的頂部橫梁上設置有滑軌固定梁；所述滑軌固定梁上固定設置有2個足墊移動滑軌；配重塊設置在所述2個足墊移動滑軌之間并通過足墊移動滑軌連接件與所述2個足墊移動滑軌滑動連接，所述配重塊下方設置有試驗目標物體；支撐架沿著固定滑軌移動至模擬月壤上方，沿著足墊移動滑軌提升配重塊后釋放，試驗目標物體隨配重塊沿足墊移動滑軌自由下落，進行月面著陸沖擊模擬實驗。

進一步的，所述滑軌固定梁可繞所述支撐架的頂部橫梁轉動，以實現(xiàn)試驗目標進行傾斜著陸的月面著陸沖擊模擬實驗。

進一步的，所述試驗目標物體為模擬足墊，所述模擬足墊為半球形。

進一步的，所述試驗目標物體為剖面足墊，所述剖面足墊為1/4球形。

進一步的，所述足墊移動滑軌為軸承滑軌，所述足墊移動滑軌連接件為滑動軸承。

進一步的，所述模擬實驗裝置包括用于測量試驗目標物體加速度相應的加速度傳感器。

進一步的，所述模擬實驗裝置包括用于測量試驗目標物體著陸沖擊力的力傳感器。

進一步的，所述模擬實驗裝置包括土應力傳感器，所述土應力傳感器用于測量試驗目標物體擠壓碰撞模擬月壤過程中，中性面位置的土應力變化，所述中性面為測量試驗目標物體的中心對稱面。

進一步的，支撐架沿固定滑軌運動，在模擬月壤多處進行多次著陸沖擊模擬實驗。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

(1)、本發(fā)明的月面著陸沖擊模擬實驗裝置可以開展月球低重力環(huán)境著陸沖擊模擬實驗技術研究，還原著陸沖擊瞬態(tài)著陸器與月壤的作用特性，研究并總結月壤顆粒與物質間的作用特性規(guī)律。

(2)、本發(fā)明的月面著陸沖擊模擬實驗裝置對自然現(xiàn)象的深層次挖掘，推廣航天器回收著陸技術的廣泛應用。

(3)、本發(fā)明的月面著陸沖擊模擬實驗裝置在進行中性面著陸沖擊特性的模擬時，采用土應力傳感器測量模擬足墊在擠壓碰撞模擬月壤過程中，中性面位置的土應力變化。同時，采用離散元分析軟件可以有效獲取中性面的土應力特性，可以和試驗結果進行充分對比分析，有利于對問題的分析和理解。

(4)、本發(fā)明的月面著陸沖擊模擬實驗裝置可以用于分析不同著陸器接觸碰撞外形、著陸姿態(tài)、著陸速度、不同月壤物理和力學特性對瞬態(tài)沖擊特性的影響。通過模擬月面著陸沖擊實驗，對影響著陸沖擊瞬態(tài)響應特性的各影響因素進行識別，對各影響因素的作用效果進行評估，給出影響因子。為后續(xù)航天器著陸沖擊響應設計提供設計依據，同時通過系統(tǒng)研究，總結著陸沖擊過程中著陸器與月壤物質間的作用特性規(guī)律。

附圖說明

圖1為本發(fā)明模擬實驗裝置垂直著陸實驗著陸前狀態(tài)的三維示意圖；

圖2為本發(fā)明模擬實驗裝置垂直著陸實驗著陸前狀態(tài)的二維示意圖；

圖3為本發(fā)明模擬實驗裝置垂直著陸實驗著陸后狀態(tài)的三維示意圖；

圖4為本發(fā)明模擬實驗裝置垂直著陸實驗著陸后狀態(tài)的二維示意圖；

圖5為本發(fā)明模擬實驗裝置傾斜著陸實驗著陸后狀態(tài)的三維示意圖；

圖6為本發(fā)明模擬實驗裝置傾斜著陸實驗著陸后狀態(tài)的二維示意圖；

圖7為本發(fā)明模擬實驗裝置中性面著陸實驗著陸后狀態(tài)的三維示意圖；

圖8為本發(fā)明模擬實驗裝置中性面著陸實驗著陸后狀態(tài)的二維示意圖；

圖9為本發(fā)明模擬實驗裝置中模擬足墊的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1-9所示，一種月面著陸沖擊模擬實驗裝置，包括：基座、固定滑軌1、用于模擬月壤表面物理特性的模擬月壤2、沙箱3、支撐架4、滑軌固定梁5、軸承滑軌6、配重塊7、滑動軸承8、試驗目標物體、用于測量試驗目標物體加速度響應數(shù)據的加速度傳感器9、用于測量試驗目標物體著陸沖擊力的力傳感器10和土應力傳感器13，所述土應力傳感器13用于測量試驗目標物體擠壓碰撞模擬月壤2過程中，中性面位置的土應力變化，所述中性面為測量試驗目標物體的中心對稱面；固定滑軌1、模擬月壤2、沙箱3、支撐架4組成該實驗裝置的本體結構；滑軌固定梁5、軸承滑軌6、配重塊7、滑動軸承8組成跌落過程的滑動限位裝置；加速度傳感器9、力傳感器10、土應力傳感器13組成實驗測量裝置；2個固定滑軌1水平固定設置在基座上，裝有模擬月壤2的沙箱3設置在2個固定滑軌1之間；所述支撐架4底部設置在2個固定滑軌上并可在所述固定滑軌1上水平移動；所述支撐架4的頂部橫梁上設置有滑軌固定梁5；所述滑軌固定梁5可繞所述支撐架4的頂部橫梁轉動，以實現(xiàn)試驗目標以傾角α進行傾斜著陸的月面著陸沖擊模擬實驗；所述滑軌固定梁5上固定設置有2個軸承滑軌6；配重塊7設置在所述2個軸承滑軌6之間并通過滑動軸承8與所述2個軸承滑軌6滑動連接，所述配重塊7下方設置有試驗目標物體。

優(yōu)選的，所述試驗目標物體為模擬足墊11，所述模擬足墊11為半球形，通過足墊增大與模擬月壤接觸面積。

優(yōu)選的，所述試驗目標物體為剖面足墊12，所述剖面足墊12為1/4球形，通過足墊增大與模擬月壤接觸面積。

優(yōu)選的，支撐架4沿固定滑軌1運動，在模擬月壤2多處進行多次著陸沖擊模擬實驗，實現(xiàn)模擬月壤2一次鋪設多次試驗。

本發(fā)明所述的著陸緩沖裝置的工作過程如下：

(1)垂直著陸實驗：

支撐架4沿著固定滑軌1移動至指定模擬月壤2上方，隨后沿著軸承滑軌6提升配重塊7至指定高度后釋放，使其沿著軸承滑軌6自由下落，模擬足墊11隨配重塊7沿軸承滑軌6以一定的著陸速度自由下落觸模擬月壤2，進行月面著陸沖擊模擬實驗，在此過程中，設置在模擬足墊11的加速度傳感器9和力傳感器10進行實驗參數(shù)的采集，同時采用高速攝像設備記錄整個實驗過程并提取相關數(shù)據。

(2)傾斜著陸實驗：

支撐架4沿著固定滑軌1移動至指定模擬月壤2上方后固定，將滑軌固定梁5所述支撐架4的頂部橫梁轉動至預定角度α后將滑軌固定梁5與支撐架4固定，釋放配重塊7，使模擬足墊11以一定的著陸水平速度接觸模擬月壤2，從而進行帶有水平速度的著陸沖擊特性研究，在此過程中，設置在模擬足墊11的加速度傳感器9和力傳感器10進行實驗參數(shù)的采集，同時采用高速攝像設備記錄整個實驗過程并提取相關數(shù)據。

(3)中性面的著陸沖擊模擬實驗：

支撐架4沿著固定滑軌1移動至沙箱3邊緣位置，使得設置在模擬足墊11的加速度傳感器9軸線方向與沙箱3側壁重合，沿著軸承滑軌6提升配重塊7至指定高度后釋放，使其沿著軸承滑軌6自由下落，剖面足墊12隨配重塊7沿軸承滑軌6以一定的著陸速度自由下落觸模擬月壤2，進行中性面的著陸沖擊模擬實驗，在此過程中，模擬月壤2中設置在中性面上的土應力傳感器13測量模擬足墊11在擠壓碰撞模擬月壤2過程中，中性面位置的土應力變化。同時，采用離散元分析軟件可以有效獲取中性面的應力分布等土應力特性，可以和試驗結果進行充分對比分析，有利于對問題的分析和理解。實驗中通過標記典型點的運動特性，采用外圍和內部測試測量設施進行相關參數(shù)的獲取，從內部開展顆粒運動受力特性研究。

本發(fā)明說明書中未詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員的公知技術。