CN106709138B - 一种深空高速撞击多级缓冲设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种深空高速撞击多级缓冲设计方法，包括以下步骤：根据任务约束设计撞击器外形，通过优化整体外形及合理选取头部形状，降低撞击过载，完成一级缓冲；壳体外侧设置可展开气囊，完成二级缓冲；在电子设备前方填充压溃材料，完成三级缓冲；最后在电子设备舱内进行整体灌封，完成四级缓冲。本发明采用外形、气囊、压溃、灌封四级缓冲，逐级减震，可将撞击产生的过载减小1～2个量级，以满足电子元器件有效工作的要求；通过多种缓冲方法组合达到撞击器尾部电子学舱内元器件的抗过载需求，可用于小天体、月球、火星、火卫等地外天体撞击任务中。

Description

一种深空高速撞击多级缓冲设计方法
技术领域
本发明涉及一种多级缓冲设计方法，具体涉及一种针对深空高速撞击探测而设计的多级缓冲设计技术。
背景技术
深空撞击探测是实现地外天体内部探测的高效手段。地外天体撞击速度在几百米每秒至几千米每秒不等，冲击过载将达到104～105g，为确保在撞击过程中及撞击后电子设备的有效存活，撞击器需具备较强的抗冲击能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种深空高速撞击多级缓冲设计方法，采用外形、气囊、压溃、灌封四级缓冲，逐级降低冲击过载，将到达撞击器尾部电子舱内元器件的过载减小至可承受阈值以下，为深空高速撞击器的设计与实现提供技术途径。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种深空高速撞击多级缓冲设计方法，包括如下步骤：
步骤1、根据撞击目标天体特性任务约束，对外形、气囊、压溃、灌封四级缓冲设计的过载指标进行分解；
步骤2、根据分解结构进行计算仿真分析，并根据仿真分析结果将撞击器整体设计成头部采用卵形外形的细长体构型，达到一级缓冲的目的；
步骤3、根据仿真分析结果，完成气囊材料的选择以及尺寸的设计，并将设计完成的气囊安装在撞击器后部，利用气体的形变恢复能力达到二级缓冲的目的；
步骤4、根据仿真分析结果，完成填充压溃材料的选择以及填充结构的设计，并根据上述选择设计结果在尾部电子学舱前方填充压溃材料，通过能量形式转换，吸收撞击瞬间的能量，达到三级缓冲的目的；
步骤5、根据仿真分析结果，完成灌封材料的选择以及灌封工艺的设计，并根据上述选择设计结果在电路板间灌注灌封材料，对电子设备进行固定并吸收冲击载荷，达到四级缓冲目的。
优选地，撞击器整体外形依据撞击侵彻动力学设计，头部外形与撞击速度、撞击目标物理特性、撞击姿态等匹配，在特定约束条件下，使撞击器头部冲击过载达到最小。
优选地，所述气囊为可展开式气囊，利用气体的形变恢复能力降低接触过载。
优选地，所述填充压溃材料为铝蜂窝、泡沫铝、金属橡胶中的一种。
优选地，所述电子学舱内电路板采用层叠式布局。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
采用外形、气囊、压溃、灌封四级缓冲，逐级减震，可将撞击产生的过载减小1～2个量级，以满足电子元器件有效工作的要求；通过多种缓冲方法组合达到撞击器尾部电子学舱内元器件的抗过载需求，可用于小天体、月球、火星、火卫等地外天体撞击任务中。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例一种深空高速撞击多级缓冲设计方法的流程图。
图2为本发明实施例所得的采用多级缓冲设计的撞击器可展开式气囊展开时的构型图。
图3为本发明实施例所得的采用多级缓冲设计的撞击器可展开式气囊未展开时的构型图。
图4为本发明实施例所得的采用多级缓冲设计的撞击器的剖面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施案例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种深空高速撞击多级缓冲设计方法，包括如下步骤：
步骤1、根据撞击目标天体特性等任务约束，对外形、气囊、压溃、灌封四级缓冲设计的过载指标进行分解；
步骤2、经过计算仿真分析，撞击器整体采用细长体构型，头部采用卵形外形，达到一级缓冲的目的；
步骤3、根据仿真分析结果，完成气囊材料的选择以及尺寸的设计，并将设计完成的气囊安装在撞击器后部，所述气囊为可展开式气囊，利用气体的形变恢复能力达到二级缓冲的目的；
步骤4、在电子学舱前后方填充铝蜂窝、泡沫铝、金属橡胶等压溃材料，通过形变、相变等能量形式转换，吸收撞击瞬间的能量，达到三级缓冲的目的。
步骤5、根据仿真分析结果，完成灌封材料的选择以及灌封工艺的设计，电子学舱内电路板采用层叠式布局，并根据上述选择设计结果在电路板间灌注灌封材料，对电子设备进行固定并吸收冲击载荷，达到四级缓冲目的。
根据本发明的设计方法所得的采用多级缓冲设计的撞击器如图2-图4所示，包括外形缓冲1、压溃缓冲2、气囊缓冲3和灌封缓冲4，具体的，包括外壳11，外壳11的前端采用卵形外形的头部12(外形缓冲)，外壳11后部设有可展开式气囊13(气囊缓冲)，外壳11后端设有电子学舱，电子学舱前方填充有蜂窝压溃材料14(压溃缓冲)，电子学舱内的电路板采用层叠式布局，且电路板之间灌注有灌封材料15(灌封缓冲)。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种深空高速撞击多级缓冲设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、根据撞击目标天体特性任务约束，对外形、气囊、压溃、灌封四级缓冲设计的过载指标进行分解；
步骤2、根据分解结构进行计算仿真分析，并根据仿真分析结果将撞击器整体设计成头部采用卵形外形的细长体构型，达到一级缓冲的目的；
步骤3、根据仿真分析结果，完成气囊材料的选择以及尺寸的设计，并将设计完成的气囊安装在撞击器后部，利用气体的形变恢复能力达到二级缓冲的目的；
步骤4、根据仿真分析结果，完成填充压溃材料的选择以及填充结构的设计，并根据上述选择设计结果在尾部电子学舱前方填充压溃材料，通过能量形式转换，吸收撞击瞬间的能量，达到三级缓冲的目的；
步骤5、根据仿真分析结果，完成灌封材料的选择以及灌封工艺的设计，并根据上述选择设计结果在电路板间灌注灌封材料，对电子设备进行固定并吸收冲击载荷，达到四级缓冲目的；
采用外形、气囊、压溃、灌封四级缓冲，逐级减震，可将撞击产生的过载减小1～2个量级；
通过多种缓冲方法组合达到撞击器尾部电子学舱内元器件的抗过载需求；
用于小天体、火星、火卫的地外天体撞击任务中，天体外壳前端采用卵形外形的头部，外壳后部设有可展开式气囊，外壳后端设有电子学舱，电子学舱前方填充有蜂窝压溃材料，电子学舱内的电路板采用层叠式布局，且电路板之间灌注有灌封材料。
2.根据权利要求1所述的一种深空高速撞击多级缓冲设计方法，其特征在于，撞击器整体外形依据撞击侵彻动力学设计。
3.根据权利要求1所述的一种深空高速撞击多级缓冲设计方法，其特征在于，所述气囊为可展开式气囊，利用气体的形变恢复能力降低接触过载。
4.根据权利要求1所述的一种深空高速撞击多级缓冲设计方法，其特征在于，所述填充压溃材料为铝蜂窝、泡沫铝、金属橡胶中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种深空高速撞击多级缓冲设计方法，其特征在于，所述电子学舱内电路板采用层叠式布局。
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