CN104627390A - 一种火星探测着陆缓冲装置 - Google Patents

Abstract

一种火星探测着陆缓冲装置，包括火星探测着陆器主体机构周围对称分布三套或四套着陆腿，每套着陆腿由足垫(1)、主腿(2)、辅腿(3)和展开锁定机构(4)组成，彼此通过万向节或转轴相连，主腿(2)、辅腿(3)、展开锁定结构(4)与着陆器主体结构形成四连杆机构，使着陆缓冲装置能够向外上下翻转。本发明的上翻式折叠构型，使着陆器质心前移并提高了其在进入段的运动稳定性，另外本发明通过主腿(2)和辅腿(3)内部缓冲蜂窝的自身动作变形吸收能量，实现着陆器软着陆，可用于有大气层行星或卫星的着陆探测软着陆缓冲机构设计。

Description

一种火星探测着陆缓冲装置

技术领域

本发明属于火星表面着陆探测任务的软着陆缓冲技术领域，涉及一种机械式着陆缓冲机构装置的总体构型布局方案。

背景技术

随着我国空间技术的发展，月球探测已经取得了举世瞩目的成就，火星等行星和小行星探测正在成为研究热点，而表面着陆探测是最有效的探测方式。国外已有火星和金星等行星着陆探测的成功案例，美国在火星着陆探测方面积累了大量工程经验。行星表面着陆探测所采用的着陆缓冲方式主要有气囊缓冲和机械式着陆缓冲装置。

在有大气层的行星表面进行着陆探测时，着陆探测器在进入大气层过程中必须安装在特定气动外形(通常为钝头体)的气动防热罩内，这与月球等无大气天体探测器有明显区别。因此，机械式着陆缓冲装置在进入大气层时受进入器空间限制而必须折叠起来，在着陆器着陆前展开到最大包络，以吸收着陆冲击能量，并确保着陆器在着陆过程中不发生侧翻。这对着陆缓冲装置的折叠效率和缓冲性能提出了很高的要求。目前已成功着陆在火星表面的支腿式着陆缓冲装置全部采用了倒三角式支腿结构形式，以凤凰号着陆器着陆缓冲装置构型为代表，锁紧与展开形式不一，倒三角式较悬臂式支腿结构形式的承受水平冲击能力和自身结构稳定性弱。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了在大气层的行星着陆探测任务时，现有倒三角式支腿结构着陆缓冲装置抗水平速度冲击能力弱的问题。

本发明的技术解决方案是：一种火星探测着陆缓冲装置，包括：在火星探测着陆器主体机构周围对称分布的三套或四套着陆腿，每套着陆腿包括足垫1、主腿2、辅腿3和展开锁定机构4，主腿2、辅腿3使用可压溃铝蜂窝材料，足垫1和主腿2一端通过球绞连接，主腿2中部和辅腿3一端通过万向节连接，主腿2另一端与火星探测着陆器主体机构通过球绞连接，辅腿3另一端通过展开锁定机构4与火星探测着陆器主体结构连接，主腿2、辅腿3、展开锁定结构4与火星探测着陆器主体结构形成四连杆机构；火星探测着陆缓冲装置飞行时，主腿2和辅腿3向外向上翻折，主腿2通过火工解锁器和火星探测着陆器主体结构固定连接，火星探测着陆缓冲装置着陆时，火工解锁器动作，展开锁定机构4带动主腿2和辅腿3向外向下释放展开，当主腿2和辅腿3运动到设定位置时，展开锁定机构4固定辅腿3与火星探测着陆器主体结构，完成火星探测着陆缓冲装置的释放-展开-锁定动作。

所述的展开锁定机构4包括连接件5、触杆7、展开架8、锁钩9；连接件5固定连接辅腿3与火星探测着陆器主体结构，包括一段圆弧结构且圆心在主腿2与火星探测着陆器主体结构的连接轴心上，触杆7为弹簧推杆机构，与展开架8相连并在圆弧结构上运动，展开架8为连接结构，与锁钩9相连；火星探测着陆缓冲装置展开前与展开过程中，触杆7在连接件5圆弧结构上运动，连接件5圆弧结构对触杆7进行位置约束，保持展开锁定机构4张开，火星探测着陆缓冲装置展开锁定时，触杆7运动到连接件5圆弧结构位置末端，连接件5圆弧结构解除对触杆7的约束，触杆7向连接件5圆弧结构的圆心弹出并通过展开架8带动锁钩9转动并锁住火星探测着陆器主体结构。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明使用上翻式折叠构型，相比现有着陆缓冲装置构型和布局，由于充分利用了气动罩内的后部空间，提高了缓冲器长度和展开时的跨度，不占用进入器头部空间，能够将进入器的质心向前配置，从而提高了整个进入器在大气进入段的运动稳定性，可用于有大气层行星或卫星的着陆探测软着陆缓冲机构设计；

(2)本发明采用三级缓冲蜂窝，合理分配长度，耐冲击速度高，冲击过载小，着陆稳定性强。

附图说明

图1为本发明火星探测着陆缓冲装置展开前固定安装布局；

图2为本发明火星探测着陆缓冲装置释放展开后锁定构型；

图3为本发明的展开锁定机构示意图；

图4为本发明的展开锁定过程侧面示意图。

具体实施方式

本发明对火星探测着陆缓冲装置的缓冲器结构形式、展开与锁定方式、折叠与展开构型给出了解决方案。缓冲器采用基于铝蜂窝缓冲的悬臂式结构；着陆缓冲装置的展开和锁定依靠展开架驱动，展开架是非承力式，在缓冲过程中不承受或传递冲击载荷，并通过锁定机构将辅腿与着陆器主体直接连接；折叠与展开构型采用上翻式，即指将主腿向外向上翻折并通过火工解锁器固定安装，解锁后在展开架的驱动下再将主腿向外向下释放展开并锁紧，其中火工解锁器包括解锁螺栓、拔销器、分离螺母。

如图1所示为火星探测着陆缓冲装置，由三套或四套对称分布着陆腿组成，每套着陆腿又由足垫1、主腿2、辅腿3和展开锁定机构4。足垫1和主腿2通过球绞连接，主腿2和辅腿3通过万向节连接；辅腿3和展开锁定机构4通过万向节连接，展开锁定机构4与着陆器主体结构通过展开锁定机构的联动轴连接，主腿、辅腿、展开锁定机构4的展开架结构与着陆器主体结构形成四连杆机构。主腿2、辅腿3采用了可压溃铝蜂窝材料的缓冲器，主腿2采用悬臂式结构形式；展开锁定机构的展开架采用非承力式结构，由联动轴位置处的扭簧提供展开锁定机构的展开驱动力，展开后通过展开锁定机构4的锁定机构对辅腿3和着陆器主体进行双点锁紧固定；着陆缓冲装置采用了上翻式折叠构型，即将主腿2通过向外向上翻折并安装固定，实现在着陆器气动罩内空间布局。

在火星探测器的发射入轨、在轨飞行、环火飞行和进入段，着陆缓冲装置如图2所示安装于进入器气动罩的内部空间，并通过火工解锁器将其主腿与着陆器主结构锁紧；在气动减速系统工作过程中，先将气动罩的前部防热大底弹掉，再由减速伞将气动罩的后壳拉走并打开主降落伞，此时，着陆器可向火工解锁器发出解锁指令，着陆缓冲装置在展开锁定机构扭簧的驱动下，绕其与着陆器主体间的转轴向外并向下转动，当运动到设定位置时，锁定机构将辅腿与着陆器主体锁紧，即完成着陆缓冲装置的释放-展开-锁定动作；触地时，着陆缓冲机构通过主腿和辅腿内部缓冲蜂窝的自身作动变形吸收能量，实现着陆器软着陆，并确保不发生侧翻。

如图3所示为展开锁定机构，包括连接件5、传动轴6、触杆7、展开架8、锁钩9组成。连接件5包括一段圆弧结构，其圆心在主腿与着陆器本体的连接轴心上，用于对触杆7进行位置(长度)约束，从而保持锁定机构的张开状态；当整个机构释放展开到连接件圆弧位置末端时，解除对触杆的约束；传动轴6与展开架8固定连接，在着陆缓冲装置展开过程中连接两个辅腿的展开锁定机构，起到同步运动的作用，展开之后不具任何功能；触杆7为弹簧推杆机构，用于感知着陆缓冲装置的展开位置，在展开过程中始终保持在连接件5的圆弧外部，当陆缓冲装置的展开到位时，触杆端部由于不再有圆弧的限位，弹簧触杆向圆弧的圆心弹出，并带动锁钩9；展开架8为连接结构，根据具体空间要求设计；锁钩9可转动，其运动由触杆带动，直到转动并锁住着陆器上的连接位置，从而实现可靠锁定。展开锁定机构展开前如图4(a)所示，展开过程中如图4(b)所示，展开锁定后如图4(c)所示。

上翻式折叠构型是指以主腿和主体结构的连接点为转轴，从而使主腿、辅腿、展开架与着陆器主体结构形成四连杆机构，从而能够使着陆缓冲装置向外上下翻转，展开过程如图1、图2所示，实现在着陆器气动罩内的空间布局。

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 (2)

1.一种火星探测着陆缓冲装置，其特征在于包括：在火星探测着陆器主体机构周围对称分布的三套或四套着陆腿，每套着陆腿包括足垫(1)、主腿(2)、辅腿(3)和展开锁定机构(4)，主腿(2)、辅腿(3)使用可压溃铝蜂窝材料，足垫(1)和主腿(2)一端通过球绞连接，主腿(2)中部和辅腿(3)一端通过万向节连接，主腿(2)另一端与火星探测着陆器主体机构通过球绞连接，辅腿(3)另一端通过展开锁定机构(4)与火星探测着陆器主体结构连接，主腿(2)、辅腿(3)、展开锁定结构(4)与火星探测着陆器主体结构形成四连杆机构；火星探测着陆缓冲装置飞行时，主腿(2)和辅腿(3)向外向上翻折，主腿(2)通过火工解锁器和火星探测着陆器主体结构固定连接，火星探测着陆缓冲装置着陆时，火工解锁器动作，展开锁定机构(4)带动主腿(2)和辅腿(3)向外向下释放展开，当主腿(2)和辅腿(3)运动到设定位置时，展开锁定机构(4)固定辅腿(3)与火星探测着陆器主体结构，完成火星探测着陆缓冲装置的释放-展开-锁定动作。

2.根据权利要求1所述的一种火星探测着陆缓冲装置，其特征在于：所述的展开锁定机构(4)包括连接件(5)、触杆(7)、展开架(8)、锁钩(9)；连接件(5)固定连接辅腿(3)与火星探测着陆器主体结构，包括一段圆弧结构且圆心在主腿(2)与火星探测着陆器主体结构的连接轴心上，触杆(7)为弹簧推杆机构，与展开架(8)相连并在圆弧结构上运动，展开架(8)为连接结构，与锁钩(9)相连；火星探测着陆缓冲装置展开前与展开过程中，触杆(7)在连接件(5)圆弧结构上运动，连接件(5)圆弧结构对触杆(7)进行位置约束，保持展开锁定机构(4)张开，火星探测着陆缓冲装置展开锁定时，触杆(7)运动到连接件(5)圆弧结构位置末端，连接件(5)圆弧结构解除对触杆(7)的约束，触杆(7)向连接件(5)圆弧结构的圆心弹出并通过展开架(8)带动锁钩(9)转动并锁住火星探测着陆器主体结构。