目前,實(shí)現(xiàn)垂直起降運(yùn)載器可重復(fù)使用是降低發(fā)射成本的有效途徑之一。當(dāng)運(yùn)載器完成著陸場返回后,需依靠著陸支撐機(jī)構(gòu)的展開、鎖定及緩沖吸能三階段的協(xié)同配合,最終實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)軟著陸。針對運(yùn)載器著陸支撐機(jī)構(gòu),提出一種六桿式支撐機(jī)構(gòu)構(gòu)型,通過四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)展開與收攏動(dòng)作,利用雙鎖緊機(jī)構(gòu)型式實(shí)現(xiàn)鎖定動(dòng)作,依據(jù)機(jī)構(gòu)自鎖原理完成單向運(yùn)動(dòng)。通過對實(shí)際展開工況進(jìn)行分析,提出主動(dòng)+隨動(dòng)控制方式和全程作動(dòng)控制方式。在著陸支撐機(jī)構(gòu)展開過程動(dòng)力學(xué)建模的基礎(chǔ)上,分別對兩種展開運(yùn)動(dòng)控制策略進(jìn)行優(yōu)化。并完成不同控制方案對比分析,最終確定合理展開驅(qū)動(dòng)方案,為運(yùn)載器支撐機(jī)構(gòu)的研制和展開控制提供技術(shù)支持。 

【文章來源】：機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2020,56(19)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)圖主動(dòng)電動(dòng)機(jī)在初始時(shí)刻推動(dòng)單向機(jī)構(gòu)向下運(yùn)

、單向機(jī)構(gòu)及鎖緊機(jī)構(gòu)組成。結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)圖主動(dòng)電動(dòng)機(jī)在初始時(shí)刻推動(dòng)單向機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)，由于鋼球與斜槽、鎖緊下連桿表面擠壓實(shí)現(xiàn)自鎖，從而導(dǎo)致鎖緊上連桿與下連桿產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，并通過單向機(jī)構(gòu)內(nèi)壓力傳感器完成驅(qū)動(dòng)力測量。當(dāng)鎖緊上、下連桿相對速度較大時(shí)，可依靠單向機(jī)構(gòu)反向非自鎖性實(shí)現(xiàn)相對運(yùn)動(dòng)。當(dāng)支撐機(jī)構(gòu)完成展開動(dòng)作后，鎖緊上、下連桿間依靠鎖緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鎖定，由于落地瞬間鎖緊銷剪切方向振動(dòng)較大，為確保鎖緊機(jī)構(gòu)可靠，本文采用雙鎖緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鎖定動(dòng)作。工作流程如圖3所示：①運(yùn)載器在裝配運(yùn)輸過程中通過保險(xiǎn)銷進(jìn)行預(yù)緊，限制一次鎖定機(jī)構(gòu)擋銷運(yùn)動(dòng)，此時(shí)二次鎖定機(jī)構(gòu)處于預(yù)壓狀態(tài)；②運(yùn)載器發(fā)射前將保險(xiǎn)銷釋放，由于支撐機(jī)構(gòu)處于收攏狀態(tài)，鎖緊上連桿將限制一次鎖緊機(jī)構(gòu)擋銷彈出，此時(shí)二次鎖緊機(jī)構(gòu)仍處于預(yù)壓狀態(tài)；③當(dāng)支撐機(jī)構(gòu)展開時(shí)，鎖緊上連桿遠(yuǎn)離一次鎖定機(jī)構(gòu)擋銷，當(dāng)鎖緊上連桿運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置后，一次鎖定機(jī)構(gòu)擋銷彈出，隨后二次鎖定機(jī)構(gòu)擋銷彈出，限制一次鎖定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)二次鎖定。圖3鎖緊動(dòng)作流程圖單向機(jī)構(gòu)是確保有效展開的前提，若鋼球受到兩側(cè)構(gòu)件支撐力FB、Fn，摩擦力fB、Ft。對鋼球擠壓過程進(jìn)行受力分析，等效模型及受力如圖4所示。圖4單向機(jī)構(gòu)等效模型圖假設(shè)驅(qū)動(dòng)下連桿A及斜槽B為剛體，其自鎖條件：當(dāng)鋼球由于物體A擠壓而產(chǎn)生摩擦力時(shí)，鋼球相對外滾道B接觸點(diǎn)不發(fā)生滾轉(zhuǎn)。若鋼球半徑為R，接觸面摩擦因數(shù)為，此時(shí)受力應(yīng)滿足下式ntFF(1)對鋼球與斜槽接觸點(diǎn)求解力矩得(1cos)=sintnFRFR(2)聯(lián)立得到角度公式sintan=121c

工表面摩擦因數(shù)為0.1，則°12，由于實(shí)際物體存在彈性變形，實(shí)際楔形角度應(yīng)小于12°，工程常用6°～8°，本文設(shè)計(jì)角度6°可滿足自鎖條件。1.2支撐機(jī)構(gòu)的展收控制方式支撐機(jī)構(gòu)初始時(shí)收攏于運(yùn)載器外側(cè)，通過火攻裝置固定于運(yùn)載器，當(dāng)運(yùn)載器返回后，釋放火工裝置，啟動(dòng)展開程序，本文提出兩類展開控制方式，第一種為主動(dòng)+隨動(dòng)控制方式，驅(qū)動(dòng)缸在前半程采用主動(dòng)規(guī)劃控制，后半程依靠單向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)。第二種為全程作動(dòng)控制，包含兩種優(yōu)化模式，并通過規(guī)劃驅(qū)動(dòng)力曲線完成展開控制，如圖5所示。圖5支撐機(jī)構(gòu)展開控制方式支撐機(jī)構(gòu)有效展開需要不同類型傳感器監(jiān)測實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)啟動(dòng)釋放程序后，各傳感器間協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)展開。傳感器相關(guān)信息如表1所示。表1傳感器相關(guān)信息傳感器類別安裝位置作用位移傳感器拉線式位移，固連于鎖緊下連桿測量驅(qū)動(dòng)缸位移壓力傳感器圓盤式測壓，安裝于電動(dòng)機(jī)輸出端測量電缸驅(qū)動(dòng)力編碼器絕對值式，驅(qū)動(dòng)桿與支撐筒鉸鏈處測量驅(qū)動(dòng)桿角度激光傳感器對稱分布，安裝于鎖緊機(jī)構(gòu)兩側(cè)監(jiān)測鎖緊狀態(tài)支撐機(jī)構(gòu)有效展開需通過合理的展開方式，并配合鎖緊檢測系統(tǒng)共同完成，展開過程流程如圖6所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]狀態(tài)預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用于小型可回收火箭[J]. 陳書釗,楚龍飛,楊秀梅,蔡德淮.  航空學(xué)報(bào). 2019(03)
[2]藍(lán)色起源公司“新謝潑德”飛行器及其未來發(fā)展分析[J]. 楊開,才滿瑞.  國際太空. 2018(07)
[3]獵鷹重型運(yùn)載火箭[J]. Lance A.Davis.  Engineering. 2018(03)
[4]垂直起降可重復(fù)使用運(yùn)載器發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 崔乃剛,吳榮,韋常柱,徐大富,張亮.  宇航總體技術(shù). 2018(02)
[5]運(yùn)載火箭助推器傘控回收方案及安全性分析[J]. 徐倩,郭鳳明,蘇玲,陳彬,張宏劍.  宇航總體技術(shù). 2017(03)
[6]藍(lán)色起源的新格倫火箭[J]. 張雪松,Nemo.  衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò). 2017(04)
[7]新型垂直起降運(yùn)載器著陸支架收放系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[J]. 肖杰,張明,岳帥,夏昊天.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程. 2017(03)
[8]回收火箭的重要意義與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 龐之浩.  科技導(dǎo)報(bào). 2016(01)
[9]基于分段三次樣條曲線的高速加工平滑運(yùn)動(dòng)輪廓自適應(yīng)算法研究[J]. 陳金成,徐志明,徐正飛,鐘廷修,蔣厚宗.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2002(05)



本文編號(hào)：3474030