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月球着陆器结构设计技术及仿真分析

作　者: 张则梅
导　师: 聂宏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 月球着陆器 软着陆机构 结构设计 结构分析 有限元 蜂窝夹层结构
分类号: V476.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 133次
引　用: 1次
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内容摘要


月球是地球的卫星,有着得天独厚的地理优势、丰富的资源和极高的利用价值。近年来,国际上再次出现月球探测的新高潮。以月球为主的深空探测也是我国航天事业近期重点发展的方向之一。2009年3月1日,“嫦娥一号”卫星成功撞击月球,标志着我国探月一期工程的顺利完成,我国的探月活动进入了二期工程:月球软着陆探测和自动巡视勘察。着陆器主结构和软着陆机构的设计是月球软着陆探测的基础,而结构力学分析是着陆器主结构和软着陆机构设计的重要手段和工具。本文基于月球软着陆器的探测任务和飞行程序,根据着陆器主结构和软着陆机构设计的一般原则、要求和过程,进行了着陆器主结构和软着陆机构的设计和分析。本文首先根据设计要求给出了月球着陆器主结构和软着陆机构的设计方案,在此基础上,在有限元软件MSC.Patran对着陆器整体结构进行合理的简化,并建立相应的有限元模型。然后,利用有限元软件对着陆器整体进行结构静力分析、模态分析和频率响应分析,其中静力分析考虑的是着陆过程中的最大过载时刻,模态分析和频率响应分析考虑的是发射过程(着陆器被放置在运载火箭整流罩内部)。分析结果表明,所设计着陆器满足着陆器在工作过程中的强度和刚度要求。最后,介绍了月球表面主要的环境特征以及相应的模拟方法,研究了其在月球着陆器着陆冲击试验中的应用以及具体的试验方案。本文研究结果对月球着陆器设计具有一定的借鉴意义。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章 绪论  13-24
  1.1 课题研究背景及意义  13
  1.2 月球探测器的发展历程及其分类  13-17
    1.2.1 月球探测器的发展历程  13-15
    1.2.2 月球探测器的分类  15-17
  1.3 月球着陆器的国内外研究状况  17-20
    1.3.1 月球着陆器的发射状况  17-18
    1.3.2 月球着陆器的主要研究内容  18-20
  1.4 月球着陆器的运动状态  20-22
    1.4.1 月球着陆器的在轨飞行  20-22
    1.4.2 各个阶段的燃料消耗  22
  1.5 本文研究内容  22-24
第二章 月球着陆器主结构及软着陆机构设计  24-39
  2.1 引言  24
  2.2 月球着陆器的任务需求及设计要求  24-25
  2.3 月球着陆器主结构设计  25-31
    2.3.1 月球着陆器主结构的主要功能  25
    2.3.2 月球着陆器主结构设计的要求  25-26
    2.3.3 月球着陆器结构的分类  26-27
    2.3.4 月球着陆器主结构方案的确定  27-31
  2.4 月球着陆器软着陆机构设计  31-38
    2.4.1 月球着陆器软着陆机构的主要功能  31-32
    2.4.2 月球着陆器软着陆机构分类及其特点  32-34
    2.4.3 月球着陆器软着陆机构方案的确定  34-38
  2.5 本章小结  38-39
第三章 月球着陆器结构分析的有限元模型  39-49
  3.1 引言  39
  3.2 结构有限元法的基本理论  39-41
    3.2.1 结构有限元的基本概念  39
    3.2.2 结构有限元法分析的特点  39-40
    3.2.3 结构有限元法分析的过程  40-41
  3.3 月球着陆器的有限元模型  41-48
    3.3.1 月球着陆器主结构的有限元模型  41-44
    3.3.2 软着陆机构的有限元模型  44-46
    3.3.3 连接件的简化方式  46-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章 月球着陆器的有限元力学特性分析  49-68
  4.1 引言  49
  4.2 月球着陆器各阶段的载荷分类  49-50
  4.3 月球着陆器结构静力分析  50-55
    4.3.1 结构静力分析的理论基础  50-51
    4.3.2 材料强度校核标准  51-52
    4.3.3 静力分析条件  52-53
    4.3.4 静力分析结果  53-55
  4.4 月球着陆器结构模态分析  55-60
    4.4.1 结构模态分析的理论基础  55-56
    4.4.2 模态分析结果  56-60
  4.5 月球着陆器结构的频率响应分析  60-67
    4.5.1 频率响应分析的理论基础  60-61
    4.5.2 频率响应分析条件  61-62
    4.5.3 频率响应分析结果  62-67
  4.6 本章小结  67-68
第五章 月球着陆器着陆冲击地面模拟试验技术研究  68-77
  5.1 引言  68
  5.2 月球重力场模拟方法  68-71
    5.2.1 滑轮平衡法  68-70
    5.2.2 斜坡法  70-71
    5.2.3 悬挂法  71
  5.3 月壤模拟方法  71-73
    5.3.1 月壤的物理与机械性能  71-72
    5.3.2 月壤模拟的初步方案  72-73
  5.4 月球着陆器着陆冲击试验方案  73-76
    5.4.1 全尺寸模型试验  73-75
    5.4.2 1/6模型试验  75-76
  5.5 本章小结  76-77
第六章 结论与展望  77-79
  6.1 全文总结  77
  6.2 进一步工作展望  77-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
在学期间的研究成果及发表的学术论文  84

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天器及其运载工具 > 航天站与空间探测器 > 月球探测器
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