着陆器软着陆垂直冲击试验研究

月球着陆器着陆过程中会产生巨大的冲击作用,影响其内部精密仪器的正常工作,且着陆安全性问题决定着着陆任务的成败,因此,研究着陆器软着陆过程中与月壤的动力响应具有重要意义。文章首先基于对着陆器着陆冲击过程研究,建立了着陆器与模拟月壤相互作用理论模型;之后,利用自主研发的着陆冲击试验系统,采用半球形足垫(简称“足垫”)模拟着陆器缓冲支腿,通过垂直着陆冲击试验,对冲击模拟月壤过程中足垫的着陆质量和冲击速度对着陆冲击过程的影响进行了详细研究。研究结果表明,模拟月壤密实度一定,较大的着陆质量能有效提高着陆器冲击机械能的耗散效率;冲击速度越大,着陆器在单位时间内转移到模拟月壤的动量越多,模拟月壤颗粒对着陆器产生的作用力越大;冲击能表征了着陆质量和冲击速度,对垂直着陆冲击过程有很重要的影响。最后,通过试验结果与理论模型对比,对着陆器与模拟月壤的动力学模型进行了验证。文章的研究结果可为设计安全载人登月月面着陆器提供必要的试验数据与理论参考。。     

钻采综合性能测试系统姿态调整装置研制

在探月工程三期中,为了模拟着陆器着陆月球表面时的各种姿态和极限着陆姿态,开展地面试验验证.研制着陆器模拟件姿态模拟装置,实现着陆器着陆姿态模拟.模拟件及姿态模拟装置为钻取采样装置、表面采样装置、样品封装与转送装置提供试验安装平台,可模拟多种月形环境下的着陆器着陆姿态.给出钻采综合性能测试系统姿态调整装置组成,分析工作原理、倾翻问题、支撑力计算问题和运动干涉问题.     

航天器低重力模拟试验平台三维随动系统

为验证航天器处于低重力环境条件下在目标天体表面着陆起飞的适应能力，三维随动系统采用大范围随动和快速精确跟踪两级联动驱动技术构建了低重力环境，在地面进行航天器的着陆起飞试验。该试验方法克服了试验空间要求大、控制精度要求高等技术指标难点，解决了三维随动系统多自由度联动，大惯量机电设备高速、高精度协同控制等多项关键技术难题。通过并联索系统驱动技术控制快速随动平台运动，完成对航天器试验过程中的大范围随动跟踪；通过快速随动平台装置对航天器施加高精度的吊绳拉力控制，并在水平方向上跟随航天器运动，同时保持吊绳绝对倾角要求；通过提高快速随动平台的水平刚度，从而克服两级联动设备耦合晃动对航天器试验的不利影响。系统成功应用于中国探月工程中嫦娥三号、嫦娥五号和火星探测任务中天问一号航天器在低重力条件下悬停、避障、缓速下降和着陆，以及起飞等一系列地面真实工况验证试验，为航天器的综合性能参数验证与优化提供了关键技术手段。     

基于ADAMS的着陆器与目标卫星着陆仿真分析

本文基于ADAMS,在失重条件下,对具有一定初速度的着陆器与目标卫星发生碰撞进而吸附在一起的过程进行仿真分析。在Pro/e中建立着陆器模型,在ADAMS中进行着陆器的起落架与目标卫星着陆碰撞的运动学和动力学分析,利用ADAMS的参数化设计功能,通过一些给定的参数对起落器着陆卫星表面的可行性进行分析。仿真结果表明,在满足一定的条件下,着陆器可以比较稳定的吸附在目标物体上,为今后研究中的可靠性分析提供依据。     

嫦娥三号软着陆轨道优化设计与研究

在嫦娥三号软着陆轨道优化设计中,以燃料最省和着陆安全为主要目标,结合实测数据和实际要求,对嫦娥三号软着陆过程进行分析,并对各阶段控制策略进行规划,运用MATLAB对嫦娥三号的着陆轨道进行了模拟优化设计,最终确立最优落月轨迹.通过建立误差分析和敏感性分析模型,对设计的着陆轨道和控制策略进行可行性分析,获得影响着陆器安全着陆的主要因素,为今后更深层次的月球探测和轨道优化提供理论依据和方法支持.     

基于天体三维模型的着陆段视觉导航方法

针对深空探测精确着陆的需求,本文提出一种基于天体三维模型的着陆器视觉导航方法.该方法以天体三维模型为数据基础,根据着陆器初始猜测状态在线生成导航地图,通过已知路标匹配确定着陆器相对着陆点位置姿态;借助三维模型提供的深度信息配准像素灰度,恢复序列图像帧间运动,给出两次已知路标匹配之间的局部运动轨迹,实现着陆下降过程着陆器状态的准确估计.在线生成参考地图与实际采集的天体图像在尺度、视角等方面比较接近,更易于导航路标的匹配,解决了下降过程尺度大范围变化使路标难以匹配的问题.引入像素深度信息辅助灰度配准,通过搜索图像间平移和旋转使图像中的全部特征灰度差异最小,采用了全局优化思想,因此可以克服特征匹配过程易陷入局部极小,出现误匹配的问题,具有更高的帧间运动估计精度和稳定性.数学仿真表明,本文提出的视觉导航方法具有良好的性能,满足深空探测高精度着陆的导航需求.     

面向火星着陆器触地模拟试验的重力卸载系统

在地面环境下开展可靠且快速的验证试验是保障探测器成功着陆的关键。该文基于零自由长度弹簧模拟“天问一号”火星着陆的重力卸载系统,在触地阶段为探测器提供火星表面的重力环境,破解卸载力在触地及剧烈碰撞过程中平稳、恒定输出的技术难题,利用弹簧对冲击力等高频干扰的截断能力,使重力卸载系统在剧烈动态过程中保持平稳的输出。试验结果表明：系统的恒力输出最大平均误差为1.5%,可有效保障大行程、重载、高速和冲击条件下恒定卸载力的施加。系统的负载可调设计可适配不同目标行星的重力环境,提高了相关触地模拟的试验效率。     

考虑体积变化的膨胀土土—水特征研究

为研究考虑体积变化的膨胀土土—水特征,分析了体积含水率与重力含水率及孔隙比的理论关系,提出了考虑膨胀土体积变化的土—水特征曲线求解方法。以合肥膨胀土为研究对象,采用渗析法试验及滤纸法试验测定了重力含水率与基质吸力的关系,采用收缩试验测定了孔隙比与重力含水率的关系;根据本文方法,求得了考虑体积变化的合肥膨胀土土—水特征。结果表明:由渗析法及滤纸法可以分别获取土体在低吸力段及高吸力段的土—水特征曲线;收缩曲线可以用分段函数表示;膨胀土在吸水过程中体积发生了很大变化,不考虑这种体积变化将会高估膨胀土的体积含水率,且吸力越低,这种误差越大;采用van Genuchten模型对试验结果进行了曲线拟合,得到了试验土体考虑体积膨胀的土—水特征曲线拟合参数值:a=40.21,n=1.52,m=0.09;土样的初始干密度越大,同一吸力对应的含水率也越大。     

新型涡流磁阻尼月球着陆器

针对三支撑月球着陆器摩擦式阻尼材料存在的真空冷焊问题,对非接触式涡流磁阻尼在月球着陆器上的应用进行了分析和试验.应用电磁学基本理论对涡流磁阻尼的基本特性进行了分析,得出了阻尼特性基本方程.使用DASP数据采集与分析软件,对新型涡流磁阻尼月球着陆器原理模型的缓冲特性进行了试验测试.结果表明,新型涡流磁阻尼月球着陆器具有较好的缓冲效果.     

考虑碰撞与黏滑的小天体表面软着陆模型与轨迹设计

在考虑碰撞与黏滑效应的情况下,针对小天体表面软着陆过程进行了研究.首先采用多面体模型分析了小天体表面的不规则外形与地形地貌.采用软球离散元模型填充多面体模型及覆盖多面体模型表面的方法来模拟不规则小天体的不规则几何外形、引力环境、表面碰撞与弹跳等.分别考虑了无效软着陆和软着陆成功两种不同情形下的着陆器动力学参数计算结果,分析了达到预定软着陆区域和未达到预定软着陆区域的算例的不同.研究表明,小天体表面软着陆的核心问题则是碰撞弹跳与黏滑效应.如果软着陆初始条件选取不佳,着陆器可能弹跳后继续形成环绕轨道运动、或者未弹跳直接形成平衡点附近的拟周期轨道、或者最终着陆区域远离预定软着陆区域而导致任务失败.小天体表面软着陆应尽量选择非赤道面、平坦区域或凹区域进行软着陆.     

低碳钢组织与力学性能关系

从钢的强韧化理论入手,逐一分析了低碳钢中各组织因子与力学性能的关系,并在Hall-petdh关系式的基础了,结合低碳钢生产的特点,通过定量的热模拟实验研究,回归分析得到了低碳钢组织与力学性能间的基本关系式.     

正弦波脉冲MIG焊铝的正弦振幅参数调控

基于正弦波形的永恒周期性和无限阶导数连续性,结合铝合金类轻质材料焊接时仅需要较低焊接能量等特点,建立了正弦波调制脉冲MIG焊铝正弦振幅参数的简化关系式,通过试验验证了所建立的参数简化关系式的正确性和实用性,应用时易于稳定获得理想的鱼鳞纹焊缝.该简化关系式中振幅系数κ的数值范围在[15.0%,23.1%]时,正弦波调制脉冲焊接具有参数值匹配区间宽、要求低,稳定工作点区域大,受外部环境干扰小等优点.所建立的简化关系式为脉冲MIG焊铝过程中各焊接参数的优化匹配奠定了理论和试验基础.     

平板冻结装置冻结时间的理论解

根据热传导理论,建立食品在平板冻结装置中冻结时间的计算公式。通过实例计算及实验验证,计算公式具有相当高的精度,可以应用于平板冻结装置的设计计算。     

钢-混凝土连续组合梁纵向开裂问题的验算

试验表明,以单排栓钉连接的钢-混凝土组合梁在竖向荷载的作用下混凝土翼板易发生沿梁长方向的纵向开裂．根据8根连续组合梁的试验研究结果及有关资料,分析了组合梁混凝土板纵向开裂的原因及影响因素,分别按照以混凝土板中栓钉剪力和混凝土横向应力的关系建立的计算模型以及混凝土板的受剪计算模型两种方法对连续组合梁的开裂荷载计算公式进行了推导,并分别和实测结果进行比较,进而给出了连续组合梁混凝土板纵向开裂的验算公式．     

无单元法在平面热应力分析中的应用

采用无单元法对平面热应力问题进行了研究。首先从热应力边值问题出发，给出了与其等价的能量泛函的弱变分形式，并导出了无单元方法的计算公式。在此基础上，求解了平面稳态温度场的第一类边值条件的温度分布。并对其进行了热应力分析，取得了较好的数值结果。     

可固化含油污泥调堵剂试验研究

为解决裂缝性和大孔道等高渗地层的调堵技术难题,研究了新型的含油污泥调堵剂.通过在含油污泥中加入微细活性矿物AK、增强剂AX和稳定剂BT,使含油污泥中的砂泥组分和油质沥青组分充分乳化分散,增强含油污泥调堵剂的活性,实现含油污泥调堵剂的可固化性能和浆体施工性能的优化.通过试验研究,优选出高浓度和低浓度的含油污泥调堵剂最佳配方.评价试验表明,研究的新型含油污泥调堵剂,具有浆体稳定性好,析水小,抗窜强度高,流动性好和触变性强的特点,能够保证现场的顺利施工,具有一定的现场运用价值.     

推移质低输沙率

针对泥沙运动统计理论建立的推移质低输沙率公式进行了系统的描述,讨论了以拖曳力和平均流速为主要参数的两类推移质输沙率公式.指出了两类公式存在的问题.在揭示推移质输沙机理的基础上,提出影响输沙率大小的主要因素是泥沙输移的强度效应和速度效应.尽管各类输沙率公式都可以归结为这两个因素的共同作用,但只有考虑泥沙运动的随机因素才能正确概括泥沙起动时的低输沙率过程,才能明确起动时低输沙率的物理机理.     

圆锥齿切削破岩的切削力估算

通过分析现有切削破岩峰值切削力计算公式和实验数据,进一步明确了切削力与岩石性质及切削厚度之间的关系,得到形式简单、适用性广、误差低的切削力估算公式.分析多组独立的、分别改变切削厚度和岩样进行实验得到的实验结果,并结合现有切削力计算理论拟合实验数据.结果发现:峰值切削力与切削厚度的幂次方成正比,幂指数在1.1~1.5,切削力与岩石的单轴抗压强度的关系最为密切.将研究得到的关系转化为数学计算公式,并通过实验对其进行验证,结果证实它比现有的计算公式精度更高,与实验值更吻合.     

低渗透储层应力敏感性研究

虽然目前国内外对于低渗透储层应力敏感性的研究很多,但争论较大,未形成一致的看法。本文从室内实验和理论研究两方面出发,深入研究了低渗透储层的应力敏感性及其变化规律。在此基础上,利用渗透率应力敏感系数,结合分形理论,建立了考虑岩石内部结构、外部有效应力变化等多种因素影响下的渗透率变化规律的公式。研究表明,由于孔隙结构的特殊性,有效应力变化对储层渗透率影响较大,而对孔隙度影响很小。渗透率随有效应力的增加而不断减小,但其程度不断减弱,且存在永久伤害;渗透率越小,应力敏感性越强;同时快速的加压方式比慢速的加压方式对岩石的伤害更大。应力敏感系数可以定量表征岩石应力敏感性的强弱;考虑多种因素影响的预测公式,可以准确反映岩石的应力敏感情况,具有广泛的适用性。     

基于陀螺仪转角传感器的动态信号测量 及物理参数时域识别

针对结构识别算法应用于实际工程时,结构的转角信息难于准确测量及转角自由度通常容易被忽略的问题,本文研究了使用陀螺仪转角传感器测量动态信号的方法及响应信息不完备条件下的结构物理参数识别.首先,针对结构转动响应信息测量困难这一问题,提出采用商业级的微机电系统（MEMS）陀螺仪传感器测量角度和角速度响应,并基于最小二乘递推算法对结构物理参数识别方法进行了理论公式推导.然后以一座4层框架结构为算例进行分析,设置由广义逆方法重构转角和采用转角真实值两种工况,并对结构物理参数进行识别,从而验证了理论推导的正确性.同时,对两种工况下所识别的物理参数进行比较,结果表明重构转动响应时物理参数识别的效果不够理想,故考虑测量转动响应.先对MEMS陀螺仪传感器在受到冲击振动下的动态精度进行了试验验证,在结构的初位移小于10 mm时,动态角度测量的精度为0.1°.在此基础上,通过一个3层2跨的钢框架模型的动力试验实测数据和分析结果,验证了使用MEMS陀螺仪传感器直接测量转动响应相比于重构转动响应对弯剪型结构进行刚度参数时域识别的效果更好.