小行星着陆器附着机构原理样机的研究

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小行星探测是当代深空探测的前沿课题之一,小行星探测可以为太阳系的形成及其演化提供线索和依据,其上面的有机成分对研究地球上的生物起源有重要的指导意义,同时小行星上存在地球上的稀缺物质资源可能成为未来开发和利用的宝库。因此研制出一种小行星着陆探测器的附着机构进行行星表面的着陆、取样和勘测有着重要的意义。  受探测器的质量、存储空间及小行星表面微重力环境等限制,本文设计了一种三腿式、可折叠的小行星附着机构。该机构通过缓冲器吸收着陆时的冲击能来保证着陆器不反弹,采用万向节来调整着陆瞬间的姿态来保证着陆器不倾覆,最终通过锚定位机构使着陆器牢牢的固定在星体表面。同时,缓冲器可以调节着陆器基座的高低,万向节可以调节着陆器的角度姿态。整个着陆架采用轻质材料的空间桁架结构,减小系统质量。  为获得良好的着陆性能,着陆器采用半主动控制方式着陆。缓冲器的阻尼由电机能耗制动产生,阻尼系数通过IGBT斩波调阻来进行控制。  建立了附着机构着陆过程的动力学模型,借助Matlab软件求解动力学方程,分析附着机构各参数对着陆性能的影响。为了更加方便和准确的分析着陆过程,使用Pro/E建立三维实体建模,通过Adams/Pro接口将模型导入Adams,使用Adams与Matlab/Simulink进行联合仿真,在Matlab/Simulink中进行阻尼力的规划,并对比了半主动控制和被动控制着陆方式的着陆性能。通过虚拟样机技术为物理样机的设计提供基础,通过联合仿真,合理的对附着机构系统进行参数优化设计。
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