CN109114148A - 一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器 - Google Patents

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Abstract

一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，采用多层波浪缓冲结构粘接而成的孔隙块状形状记忆合金结构，利用变形过程中形状记忆合金材料的相变过程进行耗能，实现缓冲吸能的效果，同时利用形状记忆合金材料对初始形状的记忆效应，通过加热的方式使得其能够恢复到初始的形状，从而实现缓冲其的可重复使用。

Description

一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器
技术领域
本发明涉及一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，属于航天器着陆缓冲技术领域。
背景技术
在航天器着陆过程中需要使用缓冲装置减小对内部的人员和载荷的冲击，而传统的缓冲装置通常采用铝蜂窝压缩时屈曲而产生的塑形变形进行缓冲耗能，但铝蜂窝压缩发生屈曲后难以实现自动复位，而无法重复使用。兼顾效益和成本，在一次飞行任务需要进行多次人员和物资的投放，为此需要航天器能够进行多次软着陆，而在月面等深空环境中难以更换或维护传统的缓冲装置，无法满足飞行任务的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，采用多层波浪缓冲结构粘接而成的孔隙块状形状记忆合金结构，利用变形过程中形状记忆合金材料的相变过程进行耗能，实现缓冲吸能的效果，同时利用形状记忆合金材料对初始形状的记忆效应，通过加热的方式使得其能够恢复到初始的形状，从而实现缓冲其的可重复使用。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，所述缓冲器采用镍钛记忆合金，所述缓冲器包括多层相同的缓冲结构，每层缓冲结构包括多个并排相同的缓冲单元，相邻的两层缓冲结构交错连接；
所述缓冲单元的宽度与缓冲单元的高度之比为0.5～0.75；所述缓冲器的单位面积提供的缓冲力不小于3MPa；所述缓冲器的工作环境温度为-96℃～50℃。
上述可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，所述缓冲单元的横截面为波浪形。
上述可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，所述缓冲单元的横截面为并排的椭圆柱形。
上述可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，所述缓冲单元的横截面为并排的六边形。
上述可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，所述缓冲单元的厚度为0.05mm～0.3mm。
上述可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，所述相邻的两层缓冲结构之间采用粘接或焊接方式连接。
上述可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，所述缓冲器还包括两个面板，所述两个面板分别与多层缓冲结构中最外侧的两个缓冲结构连接。
上述可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，利用所述缓冲器进行缓冲结束后，将缓冲器加热到50℃～80℃，所述缓冲器能够恢复到初始的形状。
上述可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，所述缓冲单元利用模具将形状记忆合金板通过热处理加工定型。
上述可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，所述缓冲器用于航天器在月球表面着陆。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其结构简单，便于加工和安装，通过形状记忆合金相变能量耗散能力更高，当压缩位移较大时，载荷能够接近恒值，可以保证稳定的缓冲过载，从而提供理想的着陆缓冲效果。多次着陆过程中不需要对着陆缓冲器进行维护，可用于实现航天器在月面等深空环境中实现的多次着陆任务。
附图说明
图1为本发明采用波浪形缓冲结构示意图；
图2为本发明两层波浪形缓冲结构连接关系示意图；
图3为本发明采用波浪形缓冲结构的缓冲器的压缩前示意图；
图4为本发明采用波浪形缓冲结构的缓冲器的压缩后示意图；
图5为本发明两层椭圆柱形缓冲结构连接关系示意图；
图6为本发明三层六边形形缓冲结构连接关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，用于航天器在月球表面着陆。所述缓冲器采用镍钛记忆合金，所述缓冲器包括多层相同的缓冲结构，每层缓冲结构包括多个并排相同的缓冲单元，相邻的两层缓冲结构采用粘接或焊接方式交错连接。所述缓冲单元利用模具将形状记忆合金板通过热处理加工定型。
所述缓冲单元的宽度与缓冲单元的高度之比为0.5～0.75；所述缓冲器的单位面积提供的缓冲力不小于3MPa；所述缓冲器的工作环境温度为-96℃～50℃。缓冲单元的横截面为波浪形或并排的椭圆柱形或并排的六边形；所述缓冲单元的厚度为0.05mm～0.3mm。
所述缓冲器还包括两个面板，所述两个面板分别与多层缓冲结构中最外侧的两个缓冲结构连接。利用所述缓冲器进行缓冲结束后，将缓冲器加热到50℃～80℃，加热时间不大于3s，所述缓冲器能够恢复到初始的形状。
实施例：
一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，单层波浪形缓冲结构的示意图如图1所示，单层波浪形缓冲结构通过模具压制并通过热处理进行单层波浪形缓冲结构的定型，使其呈波浪形。
对两个单层波浪形缓冲结构进行连接，使上层波浪形单层缓冲结构的最低点与下层单层波浪形缓冲结构的最高点进行交错粘接或焊接，形成双层波浪形缓冲结构，如图2所示。
按照上述方法进行多次粘接或焊接后形成的孔隙块状形状记忆合金结构；将孔隙块状形状记忆合金结构安装在需要进行缓冲的两个平面之间，形成缓冲器，如图3所示，在着陆缓冲的过程中，两个平面之间发生相对运动，孔隙块状形状记忆合金结构发生压缩，如图4所示，在孔隙块状形状记忆合金结构变形过程中形状记忆合金材料的相变过程进行耗能，设计缓冲行程使得形状记忆合金材料的应变在相变可恢复的范围内，缓冲结束后通过对形状记忆合金材料进行加热使得恢复到初始的形状，从而实现缓冲器的可重复使用。
考虑到月表等深空环境，单个波浪形单元的宽度15mm，高度10mm，板厚取0.1mm，在准静态压缩过程中单位面积(1平方米)可以提供4MPa的缓冲力。实际过程中可以根据对缓冲力和缓冲形成的要求进行一定的调节——单个波浪形单元的尺寸增大或板厚减小，可使得缓冲结构的密度减小，缓冲力也将减小，缓冲行程增大。利用本实施例缓冲器进行缓冲结束后，将缓冲器加热到60℃，加热2s，该缓冲器就能够恢复到初始的形状。
除采用波浪形缓冲结构以外，还可以采用椭圆柱形缓冲结构和六边形形缓冲结构制成的缓冲器，其具体局部结构图如图5和图6所示。
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 (10)

1.一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其特征在于：所述缓冲器采用镍钛记忆合金，所述缓冲器包括多层相同的缓冲结构，每层缓冲结构包括多个并排相同的缓冲单元，相邻的两层缓冲结构交错连接；
所述缓冲单元的宽度与缓冲单元的高度之比为0.5～0.75；所述缓冲器的单位面积提供的缓冲力不小于3MPa；所述缓冲器的工作环境温度为-96℃～50℃。
2.根据权利要求1所述的一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其特征在于：所述缓冲单元的横截面为波浪形。
3.根据权利要求1所述的一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其特征在于：所述缓冲单元的横截面为并排的椭圆柱形。
4.根据权利要求1所述的一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其特征在于：所述缓冲单元的横截面为并排的六边形。
5.根据权利要求1～4之一所述的一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其特征在于：所述缓冲单元的厚度为0.05mm～0.3mm。
6.根据权利要求1～4之一所述的一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其特征在于：所述相邻的两层缓冲结构之间采用粘接或焊接方式连接。
7.根据权利要求1～4之一所述的一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其特征在于：所述缓冲器还包括两个面板，所述两个面板分别与多层缓冲结构中最外侧的两个缓冲结构连接。
8.根据权利要求1～4之一所述的一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其特征在于：利用所述缓冲器进行缓冲结束后，将缓冲器加热到50℃～80℃，所述缓冲器能够恢复到初始的形状。
9.根据权利要求1～4之一所述的一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其特征在于：所述缓冲单元利用模具将形状记忆合金板通过热处理加工定型。
10.根据权利要求1～4之一所述的一种可重复使用的形状记忆合金航天器着陆缓冲器，其特征在于：所述缓冲器用于航天器在月球表面着陆。
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