技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空航天器著陸技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種顆粒-彈簧組合式飛行器緩沖器。

背景技術(shù)：

在航空航天領(lǐng)域中，軟著陸機構(gòu)裝置多采用著陸腿機構(gòu)形式。著陸腿的緩沖器緩沖方法主要包括永久變形法以及阻尼法，前者包括多孔材料變形法，復(fù)合材料變形法、金屬拉桿拉伸等，后者包括液壓阻尼法，摩擦阻尼法、電磁阻尼法等。上述緩沖形式多數(shù)是一次性且以被動控制為主，很難滿足對于未知的星外環(huán)境。因此，迫切需要主動或半主動的緩沖技術(shù)來保證緩沖能力能夠適應(yīng)著陸初始條件的變化。磁流變液緩沖技術(shù)是當(dāng)前唯一種能實現(xiàn)緩沖力半主動控制的緩沖方法，通過改變外部磁場的強度，進行而改變磁流變液的阻尼特性，實現(xiàn)半主動控制。但是其磁流變液不易精確控制，且太空中液體密封等問題是限制其應(yīng)用的弊端。

顆粒體阻尼技術(shù)（Particle Damping）是上世紀(jì)90年代提出，其對原結(jié)構(gòu)改變很小，能夠顯著提高結(jié)構(gòu)的阻尼比，同時能夠適應(yīng)非常惡劣的環(huán)境，減振頻帶寬，其緩沖性能也不會隨時間而降低等優(yōu)點，因此得到了廣泛的研究。其耗能機理為主要通過顆粒體之間以及顆粒體與內(nèi)壁之間的摩擦和碰撞進行耗能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種顆粒-彈簧組合式緩沖器，該緩沖器利用顆粒體之間的耗能機理，充分發(fā)揮顆粒體之間的運動和摩擦，以及顆粒體的尺寸和材料選擇的主動性，可以滿足著陸緩沖器的可重復(fù)使用、高承載以及惡劣環(huán)境適用性等要求，拓展了航天器緩沖器主動、半主動緩沖技術(shù)的發(fā)展范圍，進一步提高了緩沖器的性能。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的一種顆粒-彈簧組合式緩沖器，包括彈簧擋板、外筒、內(nèi)筒、顆粒團體，所述彈簧擋板設(shè)置在所述外筒內(nèi)的封閉端，所述內(nèi)筒設(shè)置在所述外筒內(nèi)自由端處，所述顆粒團體設(shè)置在所述外筒內(nèi)，處于彈簧擋板和內(nèi)筒之間。

進一步的，所述顆粒-彈簧組合式緩沖器為二級緩沖器，包括彈簧擋板緩沖和顆粒體團緩沖。當(dāng)然，也可以通過增加彈簧擋板數(shù)量，擴展為多級緩沖器，比如，三級顆粒-彈簧組合式緩沖器。

更進一步，所述三級顆粒-彈簧組合式緩沖器包括旁式緩沖腔，所述二級彈簧擋板設(shè)置在所述旁式緩沖腔內(nèi)。如果是多級緩沖器，則具有多個旁式緩沖腔和多級彈簧擋板。

再進一步，所述一級彈簧擋板和二級彈簧擋板剛度不同。利用彈簧剛度的不同以及顆粒體的流動性，使緩沖器變成多自由度緩沖阻尼器，降低了緩沖器緩沖加速度，延長了顆粒體碰撞歷程和時間。

進一步的，所述顆粒團體由若干顆粒體組成，所述顆粒體為剛和/或柔顆粒體，采用剛?cè)嵝灶w粒體，可提高顆粒體之間碰撞和摩擦歷程，進一步提高緩沖器的著陸緩沖器緩沖性能。

更進一步，所述顆粒體采用不規(guī)則形狀，例如菱形，圓柱形以及啞鈴型等，其目的多用于提高顆粒體之間碰撞和摩擦系數(shù)。

進一步的，所述顆粒體采用熱敏材料或磁敏材料，例如形狀記憶合金，磁流變彈性體等，可使顆粒阻尼器的控制形式由被動變?yōu)榘胫鲃?，進一步提高材料阻尼的緩沖性能。若材料是形狀記憶合金，顆粒體可壓縮塑性變形吸能后，在（熱）磁場的作用下可以恢復(fù)形狀。若采用磁流變彈性體材料，可利用其彈性模量可隨外加磁場強度而變化的原理，通過調(diào)控顆粒體的彈性模量以達到控制緩沖器的緩沖力和緩沖行程?？赏ㄟ^對外筒外側(cè)繞電感線圈的辦法或者在內(nèi)筒或外筒內(nèi)部增加電磁鐵以增加磁顆粒之間的接觸壓力進而提高緩沖器的摩擦耗能。本發(fā)明采用的辦法是在顆粒團體和外筒之間設(shè)置襯筒，在襯筒外側(cè)纏繞導(dǎo)線圈通過電源控制導(dǎo)線圈的電流調(diào)整顆粒體團的磁場的變化。利用磁場的變化調(diào)節(jié)顆粒體彈性模量，實現(xiàn)調(diào)整顆粒體在碰撞過程中的緩沖行程和緩沖材料。

本發(fā)明的顆粒-彈簧組合式緩沖器工作原理為，利用顆粒體與彈簧的相互作用緩沖性能，其主要形式為彈簧變形為緩沖過程中的臨時儲能機構(gòu)，顆粒體之間的碰撞和摩擦，以及顆粒體形變?yōu)楹哪軝C構(gòu)。當(dāng)沖擊力很小的時候，緩沖器中的所有的顆粒體由于摩擦力的存在而鎖定在一起，顆粒體對沖擊的影響相當(dāng)于一塊附加的質(zhì)量，沖擊力直接傳遞到彈簧上進行緩沖。隨著沖擊力的增大，顆粒體發(fā)生相對運動，顆粒體開始流動，顆粒體之間的碰撞和顆粒體與側(cè)壁之間的摩擦越發(fā)劇烈，沖擊作用就使得顆粒體相互擠壓在一起，從而使顆粒體之間的摩擦作用增大，進而增加能量消耗，提高整體系統(tǒng)的阻尼比。同時，彈簧主要作用在于一種臨時儲能原件，通過彈簧的壓縮和反彈，促進顆粒體碰撞和摩擦，增加了顆粒體耗能歷程。

本發(fā)明的顆粒-彈簧組合式緩沖器具有以下優(yōu)點：

1、首次把顆粒體阻尼形式應(yīng)用于航空航天著陸器緩沖器中，拓寬了著陸器緩沖技術(shù)；

2、顆粒體采用智能材料，例如磁敏材料，熱敏材料，可以把緩沖形式由被動控制方法變成為半主動控制方法。

3、本發(fā)明的顆粒-彈簧組合式緩沖器結(jié)構(gòu)簡單，且具有顆粒體阻尼形式的減振頻帶寬，緩沖性能也不會隨時間而降低等優(yōu)點。同時，顆粒體結(jié)構(gòu)簡單，對環(huán)境敏感性低，特別適應(yīng)惡劣的星外著陸環(huán)境，彌補了當(dāng)前著陸器緩沖器的適用缺陷。

4、本發(fā)明的顆粒-彈簧緩沖器，可緩沖可擴展性強，通過合理設(shè)計以及顆粒的選取可以實現(xiàn)滿足著陸緩沖器的可重復(fù)使用，高承載以及惡劣環(huán)境適用性等要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的二級顆粒-彈簧緩沖器剖面圖；

圖2是圖1的二級顆粒-彈簧緩沖器部件示意圖（顆粒體團未顯示）；

圖3是本發(fā)明的三級顆粒-彈簧緩沖器剖面圖；

圖4是圖2的三級顆粒-彈簧緩沖器部件示意圖（顆粒體團未顯示）；

圖5是本發(fā)明的智能顆粒-彈簧緩沖器（顆粒體團、導(dǎo)線圈和彈簧擋板未顯示）；

圖6是圖5的智能顆粒-彈簧緩沖器示意圖1（外筒未顯示）；

圖7是圖5的智能顆粒-彈簧緩沖器剖面圖2（外筒、導(dǎo)線圈未顯示）；

圖中說明：

11外筒；12內(nèi)筒；13顆粒團體；14彈簧擋板；21外筒；22顆粒體團；23內(nèi)筒；24一級彈簧擋板；25二級彈簧擋板；31內(nèi)筒；32外筒；33電源（示意）；34導(dǎo)線圈；35彈簧擋板；36襯筒；37智能顆粒體團。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明提出的一種顆粒-彈簧緩沖器進行詳細說明。

如圖1和2所示，本發(fā)明的一種顆粒-彈簧組合式緩沖器，包括一級彈簧擋板14、外筒11、內(nèi)筒12、顆粒團體13，彈簧擋板14設(shè)置在外筒11內(nèi)的封閉端，內(nèi)筒12設(shè)置在所述外筒11內(nèi)自由端處，所述顆粒團體13設(shè)置在所述外筒11內(nèi)，處于彈簧擋板14和內(nèi)筒12之間。當(dāng)內(nèi)筒12受到載荷的作用發(fā)生相對運動，內(nèi)筒12頂板擠壓顆粒團體13，使顆粒體之間以及與外筒內(nèi)壁發(fā)生相對運動和形變，進而形成碰撞摩擦耗能。待內(nèi)筒12壓縮穩(wěn)定之前，外部載荷緩沖是通過顆粒體緩沖與彈簧儲能之間相互作用。等載荷消失后，顆粒體團13密實度降低，顆粒團體14積恢復(fù)到原來的體積。

如圖3所示，另一個實施例中，顆粒-彈簧組合式緩沖器為多級緩沖器，比如二級緩沖器，此處二級顆粒-彈簧組合式緩沖器是為了舉例說明多級顆粒-彈簧組合式緩沖器的結(jié)構(gòu)和性能，并不表示對級數(shù)的限制。二級顆粒-彈簧組合式緩沖器包括一級彈簧擋板25、外筒21、內(nèi)筒23、顆粒團體22，還包括二級彈簧擋板24和旁式緩沖腔（并聯(lián)于外筒上）。二級彈簧擋板24設(shè)置在旁式緩沖腔內(nèi)。利用顆粒體在受力時的類流體性以及在整個顆粒團各邊界受力一致。具體工作原理是在一級彈簧未達到壓縮極限式，因存在兩級彈簧的作用，顆粒體之間碰撞和摩擦更加劇烈，以實現(xiàn)緩沖性能增加。當(dāng)一級彈簧達到極限時，二級彈簧持續(xù)作用，可改變顆粒體運動趨勢，進一步促進顆粒摩擦和碰撞。對于多級緩沖器，則具有多個旁式緩沖腔和多級彈簧擋板。

一級彈簧擋板25和二級彈簧擋板24剛度不同。利用彈簧剛度的不同以及顆粒體的流動性，使緩沖器變成多自由度緩沖阻尼器，降低了緩沖器緩沖加速度，延長了顆粒體碰撞歷程和時間。

無論是一級顆粒-彈簧組合式緩沖器還是多級顆粒-彈簧組合式緩沖器，顆粒團體14或顆粒團體22均由若干顆粒體組成，顆粒體為剛和/或柔顆粒體，采用剛?cè)嵝灶w粒體，可提高顆粒體之間碰撞和摩擦歷程，進一步提高緩沖器的著陸緩沖器緩沖性能。

顆粒體采用不規(guī)則形狀，例如菱形，圓柱形以及啞鈴型等，其目的多用于提高顆粒體之間碰撞和摩擦系數(shù)。

實施例三中，智能顆粒-彈簧組合式緩沖器包括彈簧擋板35、外筒32、內(nèi)筒31、顆粒團體37，顆粒體采用熱敏材料或磁敏材料，例如形狀記憶合金，磁流變彈性體等。在顆粒團體37和外筒32之間設(shè)置襯筒36，在襯筒36外側(cè)纏繞導(dǎo)線圈34通過電源33控制導(dǎo)線圈34的電流調(diào)整顆粒體團37的磁場的變化。利用磁場的變化調(diào)節(jié)顆粒體彈性模量，實現(xiàn)調(diào)整顆粒體在碰撞過程中的緩沖行程和緩沖材料。導(dǎo)線圈34由電源33供電。當(dāng)然，實施例三中的顆粒-彈簧組合式緩沖器也可以為多級緩沖器。

基于對本發(fā)明優(yōu)選實施方式的描述，應(yīng)該清楚，由所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明并不僅僅局限于上面說明書中所闡述的特定細節(jié)，未脫離本發(fā)明宗旨或范圍的對本發(fā)明的許多顯而易見的改變同樣可能達到本發(fā)明的目的。