CN103954468A - 一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置及方法，装置包括塔臂、随动导轨、吊绳、摆绳、拉绳、倾斜着陆面、无线光电传感器、待测试验器、拉绳火工品分离装置、摆绳火工品分离装置、拉绳地面卷扬机、摆绳地面卷扬机、挂钩、高速摄像机；本专利采用双线摆和单摆组合技术以及无线光电触发控制技术，获得试验器在三维空间中相对于倾斜着陆面的水平速度和垂直速度。通过将试验器在吊挂状态下，撞击在平面法线与大地呈一定夹角的倾斜着陆面上，从而在试验器撞击倾斜着陆面瞬间，获得倾斜着陆面垂直方向上的1/6g重力分量，模拟月球重力环境作用在试验器上的受力情况。
Description
技术领域
本专利属于航天器地面试验领域，涉及一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置及方法。
背景技术
在月球探测活动中，着陆器在月面上的安全着陆是任务实施的一个关键环节，而着陆器自身的着陆稳定性直接关系到月面的安全着陆。如果着陆器一旦发生倾倒，将会使携带的巡视器无法工作，导致整个月球着陆探测任务的失败。由于在着陆过程中，重力会对着陆器的翻转产生一个回复力矩，重力越大，着陆器的倾倒可能性越小。在月球环境下，着陆器受到的重力是在地球环境下的1/6，在相同着陆速度情况下，着陆器在月球的重力环境下更容易倾倒。所以，需要通过地面试验模拟着陆器在月球重力环境下的着陆稳定性，验证着陆器的着陆初始参数、着陆面地形地貌和着陆面力学参数对其稳定性的影响，以及极限工况下的着陆稳定性。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置及方法，获得着陆器在月球重力环境下的受力情况，测量了在不同速度、姿态、着陆地形情况下的着陆稳定性。
本发明的技术方案是：一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置，包括塔臂、随动导轨、吊绳、摆绳、拉绳、倾斜着陆面、无线光电传感器、待测试验器、拉绳火工品分离装置、摆绳火工品分离装置、拉绳地面卷扬机、摆绳地面卷扬机、挂钩、高速摄像机；塔臂上固定安装有随动导轨，吊绳的一端与待测试验器固定连接，另一端通过挂钩挂在随动导轨上；待测试验器通过拉绳火工品分离装置与拉绳的一端相连，拉绳的另一端与拉绳地面卷扬机相连；同时待测试验器还通过摆绳火工品分离装置与两根摆绳的一端相连，摆绳的另一端与摆绳地面卷扬机相连，同时摆绳还位于无线光电传感器的探测范围内使得摆绳在摆动过程中能够切割无线光电传感器发出的激光束；倾斜着陆面位于塔臂下方，保证待测试验器在拉绳和摆绳均释放后能够撞击到倾斜着陆面上；高速摄像机用于拍摄并获取待测试验器撞击到倾斜着陆面上时待测试验器的稳定性参数。
所述的倾斜着陆面的平面法线与地面的夹角为9.5°。
一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试方法，步骤如下：
1)转动塔臂使之与倾斜着陆面平行，并使待测试验器与倾斜着陆面接触，记录此时待测试验器质心距地面高度A；
2)利用摆绳地面卷扬机将待测试验器拉起至预设位置，记录此时待测试验器质心距地面高度B；
3)利用拉绳地面卷扬机将待测试验器拉起至预定位置，记录待测试验器质心距地面高度C。
4)将拉绳火工品分离装置释放，待测试验器摆动到指定位置时，摆绳切割无线光电传感器输出的光束，无线光电传感器向摆绳火工品分离装置发出释放信号，摆绳火工品分离装置切断摆绳使摆绳与待测试验器分离，待测试验器撞击到倾斜着陆面上；
5)应用高速摄像机拍摄待测试验器的运动状态，并根据A、B、C获得待测试验器的稳定性参数。
所述的倾斜着陆面的平面法线与地面的夹角为9.5°。
所述塔臂距地面的高度为70m。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明通过将待测试验器在吊挂状态下，撞击在平面法线与大地夹角为9.5°的倾斜着陆面上，从而在待测试验器撞击倾斜着陆面瞬间，获得倾斜着陆面垂直方向上1/6g的重力分量，模拟月球重力环境作用在待测试验器上的受力情况；
(2)本发明可以通过调整待测试验器由摆绳和拉绳拉起的不同高度，以及摆绳和拉绳的解锁时序，来获得试验器在不同运动过程中的空间速度和空间姿态角，可以更加真实的模拟多种待测试验器的着陆状态；
(3)本发明可以通过改变倾斜着陆面的倾角，来模拟试验器在各种小于地球重力环境的地外天体表面着陆的稳定性试验。
附图说明
图1为模拟月球重力环境的着陆稳定性试验装置示意图；
图2为模拟月球重力环境分量获得原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置，包括塔臂1、随动导轨2、吊绳3、摆绳4、拉绳5、倾斜着陆面6、无线光电传感器7、待测试验器8、拉绳火工品分离装置9、摆绳火工品分离装置10、拉绳地面卷扬机11、摆绳地面卷扬机12、挂钩13、高速摄像机14；塔臂1上固定安装有随动导轨2，吊绳3的一端与待测试验器8固定连接，另一端通过挂钩13挂在随动导轨2上；待测试验器8通过拉绳火工品分离装置9与拉绳5的一端相连，拉绳5的另一端与拉绳地面卷扬机11相连；同时待测试验器8还通过摆绳火工品分离装置10与两根摆绳4的一端相连，摆绳4的另一端与摆绳地面卷扬机12相连，同时摆绳4还位于无线光电传感器7的探测范围内使得摆绳4在摆动过程中能够切割无线光电传感器7发出的激光束；倾斜着陆面6位于塔臂1下方，倾斜着陆面6的平面法线与地面的夹角为9.5°，保证待测试验器8在拉绳5和摆绳4均释放后能够撞击到倾斜着陆面6上；高速摄像机14用于拍摄并获取待测试验器8撞击到倾斜着陆面6上时待测试验器8的稳定性参数。
本发明一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置的稳定性测试方法，步骤如下：
1)转动塔臂1使之与倾斜着陆面6平行，所述的倾斜着陆面6的平面法线与地面的夹角为9.5°；并使待测试验器8与倾斜着陆面6接触，所述塔臂1距地面的高度为70m；记录此时待测试验器8质心距地面高度A；
2)利用摆绳地面卷扬机12将待测试验器8拉起至预设位置，记录此时待测试验器8质心距地面高度B；
3)利用拉绳地面卷扬机11将待测试验器8拉起至预定位置，记录待测试验器8质心距地面高度C。
4)将拉绳火工品分离装置9释放，待测试验器8摆动到指定位置时，摆绳4切割无线光电传感器7输出的光束，无线光电传感器7给摆绳火工品分离装置10发出信号，摆绳4与待测试验器8分离，待测试验器8撞击到倾斜着陆面6上；
5)应用高速摄像机14拍摄待测试验器8的运动状态，并根据A、B、C获得待测试验器8的稳定性参数。具体可参考：晁志超、姜广文、黄伟、宋师军、于起峰，“无人月球探测器缓冲着陆抛投试验视觉测量***”，光学精密工程，201018(9)。
如图2所示，本发明通过将待测试验器在吊挂状态下，撞击在平面法线与大地夹角为9.5°的倾斜着陆面上，从而在待测试验器撞击倾斜着陆面瞬间，获得倾斜着陆面垂直方向上1/6g的重力分量，模拟月球重力环境作用在待测试验器上的受力情况。
本发明还采用吊绳3、摆绳4、拉绳5组成的多种摆动组合，使待测试验器8在设定解锁顺序下可以产生相对于倾斜着陆面6的水平速度和垂直速度。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (5)
1.一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置，其特征在于：包括塔臂(1)、随动导轨(2)、吊绳(3)、摆绳(4)、拉绳(5)、倾斜着陆面(6)、无线光电传感器(7)、待测试验器(8)、拉绳火工品分离装置(9)、摆绳火工品分离装置(10)、拉绳地面卷扬机(11)、摆绳地面卷扬机(12)、挂钩(13)、高速摄像机(14)；塔臂(1)上固定安装有随动导轨(2)，吊绳(3)的一端与待测试验器(8)固定连接，另一端通过挂钩(13)挂在随动导轨(2)上；待测试验器(8)通过拉绳火工品分离装置(9)与拉绳(5)的一端相连，拉绳(5)的另一端与拉绳地面卷扬机(11)相连；同时待测试验器(8)还通过摆绳火工品分离装置(10)与两根摆绳(4)的一端相连，摆绳(4)的另一端与摆绳地面卷扬机(12)相连，同时摆绳(4)还位于无线光电传感器(7)的探测范围内使得摆绳(4)在摆动过程中能够切割无线光电传感器(7)发出的激光束；倾斜着陆面(6)位于塔臂(1)下方，保证待测试验器(8)在拉绳(5)和摆绳(4)均释放后能够撞击到倾斜着陆面(6)上；高速摄像机(14)用于拍摄并获取待测试验器(8)撞击到倾斜着陆面(6)上时待测试验器(8)的稳定性参数。
2.根据权利要求1所述的一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置，其特征在于：所述的倾斜着陆面(6)的平面法线与地面的夹角为9.5°。
3.一种采用权利要求1所述的模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置的稳定性测试方法，其特征在于步骤如下：
1)转动塔臂(1)使之与倾斜着陆面(6)平行，并使待测试验器(8)与倾斜着陆面(6)接触，记录此时待测试验器(8)质心距地面高度A；
2)利用摆绳地面卷扬机(12)将待测试验器(8)拉起至预设位置，记录此时待测试验器(8)质心距地面高度B；
3)利用拉绳地面卷扬机(11)将待测试验器(8)拉起至预定位置，记录待测试验器(8)质心距地面高度C。
4)将拉绳火工品分离装置(9)释放，待测试验器(8)摆动到指定位置时，摆绳(4)切割无线光电传感器(7)输出的光束，无线光电传感器(7)向摆绳火工品分离装置(10)发出释放信号，摆绳火工品分离装置(10)切断摆绳(4)使摆绳(4)与待测试验器(8)分离，待测试验器(8)撞击到倾斜着陆面(6)上；
5)应用高速摄像机(14)拍摄待测试验器(8)的运动状态，并根据A、B、C获得待测试验器(8)的稳定性参数。
4.根据权利要求3所述的一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置，其特征在于：所述的倾斜着陆面(6)的平面法线与地面的夹角为9.5°。
5.根据权利要求3所述的一种模拟月球重力环境下着陆稳定性测试装置，其特征在于：所述塔臂(1)距地面的高度为70m。
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