本文關(guān)鍵詞：火星進入降落傘下降段動力學仿真分析

  更多相關(guān)文章： 傘降段 動力學特性 防熱罩分離 背罩分離 觸發(fā)條件

【摘要】：火星進入段(Entry,Descent and Landing)是整個火星探測任務(wù)中技術(shù)難度最大、失敗率最高的階段,火星進入段分為大氣進入段、降落傘下降段、動力下降段和著陸段四個階段,其中降落傘下降段是決定整個探測任務(wù)成敗與否最為重要的一環(huán),很多探測任務(wù)的失敗都是發(fā)生在降落傘下降段。降落傘下降段探測器首先彈出降落傘,之后經(jīng)歷傘繩拉伸、充氣、喘振和穩(wěn)定下降等階段,接著防熱罩與探測器分離以打開雷達,為動力下降段提供位置和速度的導航,在預定高度背罩和著陸器分離,著陸器進入動力下降段進一步減速,為安全著陸做好準備。作為傘降段的兩個重要技術(shù)操作,防熱罩分離和背罩分離成為傘降段設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于防熱罩分離期間復雜的氣動耦合,導致在防熱罩短期分離期間防熱罩和著陸器-背罩組合體之間存在吸引力的作用,給防熱罩分離帶來了困難;同樣由于防熱罩和著陸器-背罩組合體之間不同的質(zhì)量和氣動特性,兩者的彈道系數(shù)不同,需要設(shè)計合適的彈道系數(shù)差使得兩者可以實現(xiàn)正分離。在背罩分離期間,由于速度較小,氣動耦合沒有防熱罩分離明顯,同時背罩分離著陸器的質(zhì)量遠大于背罩質(zhì)量,再加上降落傘對背罩的減速作用,使得兩者之間的彈道系數(shù)差始終滿足正分離的要求,所以背罩分離只需要選擇合適的觸發(fā)參數(shù)滿足動力下降段對于初始條件的約束。為了分析傘降段的動力學規(guī)律,本文建立了傘艙組合體的六自由度剛?cè)狁詈蟿恿W模型,包括探測器模型和降落傘在不同階段(傘繩拉伸、充氣、喘振、完全充氣)的模型;然后對傘艙組合體的動力學特性進行了分析,通過對總傘繩力和降落傘擺角之間的關(guān)系進行研究,得出在不同降落傘擺角下傘繩的受力規(guī)律;并通過蒙特卡洛打靶對總傘繩力進行了分析,計算出總傘繩力的大小和單根吊帶受力的最大值,同時通過總傘繩力和單根吊帶受力的統(tǒng)計分析,得出總傘繩力和單根吊帶受力的分布規(guī)律,此外對與艙體動力學特性相關(guān)的參量也進行了統(tǒng)計分析;之后對防熱罩分離和背罩分離的觸發(fā)方式進行了分析,提出了可用馬赫數(shù)攝動區(qū)間和需用馬赫數(shù)攝動區(qū)間的概念,結(jié)合安全性判據(jù)給出了三種不同防熱罩分離觸發(fā)方式的設(shè)計方法,并對比分析了三種觸發(fā)方式的優(yōu)缺點。對于背罩分離分析了背罩分離過程中的受力情況,以及背罩分離與動力下降段的聯(lián)系,得出背罩分離觸發(fā)的設(shè)計方法;最后通過蒙特卡洛打靶方法進行了仿真驗證,表明防熱罩分離和背罩分析的設(shè)計觸發(fā)參數(shù)可以滿足當前任務(wù)的要求。
【關(guān)鍵詞】：傘降段 動力學特性 防熱罩分離 背罩分離 觸發(fā)條件
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V412.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題背景11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 剛?cè)狁詈蟿恿W模型的建立18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 坐標系定義18-19
• 2.2.1 開傘點坐標系18
• 2.2.2 本體坐標系18
• 2.2.3 速度坐標系18
• 2.2.4 彈道坐標系18-19
• 2.3 坐標系轉(zhuǎn)換關(guān)系19-22
• 2.3.1 開傘點坐標系到彈道坐標系19
• 2.3.2 彈道坐標系到速度坐標系19
• 2.3.3 速度坐標系到體坐標系19
• 2.3.4 開傘點坐標系到體坐標系19-20
• 2.3.5 幾何關(guān)系推導20-22
• 2.4 動力學模型22-26
• 2.4.1 平動動力學模型22-23
• 2.4.2 平動運動學模型23-24
• 2.4.3 轉(zhuǎn)動動力學模型24-25
• 2.4.4 轉(zhuǎn)動運動學模型25-26
• 2.5 探測器和降落傘模型26-30
• 2.5.1 探測器模型26
• 2.5.2 降落傘模型26-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第3章 傘艙組合體動力學特性分析31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 吊帶構(gòu)型31-34
• 3.3 傘繩受力分析34-38
• 3.3.1 總傘繩力34-37
• 3.3.2 單根吊帶受力37-38
• 3.4 探測器動力學分析38-40
• 3.4.1 角速度38-39
• 3.4.2 角加速度39
• 3.4.3 擺角39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第4章 傘降段觸發(fā)方式分析42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 防熱罩分離觸發(fā)方式42-49
• 4.2.1 安全性判據(jù)42-43
• 4.2.2 降落傘時鐘角的影響43-45
• 4.2.3 可用馬赫數(shù)攝動區(qū)間的計算45
• 4.2.4 需用馬赫數(shù)攝動區(qū)間的計算45-46
• 4.2.5 觸發(fā)方式分析46-49
• 4.3 背罩分離觸發(fā)方式49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第5章 傘降段蒙特卡洛打靶仿真50-62
• 5.1 引言50
• 5.2 防熱罩分離仿真50-59
• 5.2.1 彈道式進入50-56
• 5.2.2 半升力式進入56-59
• 5.3 背罩分離仿真59-61
• 5.3.1 安全性分析59-60
• 5.3.2 觸發(fā)條件分析60-61
• 5.3.3 結(jié)論61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻64-67
• 附錄67-70
• 致謝70

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本文編號：908386