CN110228606A - 一种可重复缓冲的磁流变着陆机构及缓冲方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可重复缓冲的磁流变着陆机构及缓冲方法。机构包括外筒、筒盖、足垫、推杆、磁性内导管和外导管。所述外筒内设有活塞，将外筒划分为上液腔和下液腔；所述活塞上端与弹簧下端连接，活塞下端与推杆上端连接，活塞上设有两通孔，通孔内设有磁性内导管及止回阀；所述推杆下端与足垫相连；所述外导管连接上液腔与下液腔，中部设有止回阀。本发明可重复缓冲的磁流变着陆机构具有结构简单，无需外界能源，可反复使用等优点。

Description

一种可重复缓冲的磁流变着陆机构及缓冲方法
技术领域
本发明属于着陆缓冲领域，具体涉及一种可重复缓冲的磁流变着陆机构。
背景技术
实现探测器软着陆的关键是着陆缓冲机构，其主要目的是缓冲探测器在着陆过程中产生的大量冲击能量。多数的软着陆缓冲机构是由3-4条着陆腿组成，软着陆姿态易于控制，且缓冲结束后多条着陆腿可形成一个平台。
目前着陆腿的采用的缓冲吸能方法一般为金属永久变形法和气液阻尼法，同时电磁阻尼法、磁流变液法、摩擦阻尼法等也是研究的趋势。金属永久变形法一般是利用多胞金属如铝蜂窝塑性变形时平稳吸收大量能量，该方法缓冲过程平稳，且缓冲结束后不回弹，但不可反复使用；气液阻尼法缓冲过程平稳，且缓冲过程中没有反弹，但结构相对复杂，可靠性较低。
因此，需要一种可恢复、结构相对简单的着陆缓冲腿。利用弹簧储能能力和半固体状态磁流变液的高阻尼，实现能量的吸收耗散，且不需要外界能源输入，整个装置简单有效；又利用弹簧的回弹及液体磁流变液的低阻尼，实现装置的平稳复位。
发明内容
本发明所解决的问题是提供一种可重复缓冲的磁流变着陆机构，该机构能够对着陆过程中产生的大量能量进行有效缓冲，同时在缓冲结束后能够自动复位。该机构的特点是结构简单，能有效吸收、存储能量。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术手段为：
一种可重复缓冲的磁流变着陆机构，包括：外筒，所述外筒底部开口，与一中间开孔的筒盖连接；
活塞，沿所述外筒轴向滑动设置在所述外筒内部，将外筒内部划分为上液腔和下液腔；
活塞上朝向外筒顶部的一侧表面通过弹簧与外筒内上液腔的顶部连接；
活塞上朝向外筒内下液腔的一侧表面与一推杆的一端连接，推杆另一端穿出所述筒盖中间的开孔后与一足垫相连；
所述活塞上位于推杆的两侧对称开有两个通孔，两个所述通孔将上液腔和下液腔相连通，每个通孔的孔壁上均套设有磁性内导管和第一止回阀，所述第一止回阀使得通过磁性内导管的磁流变液只能由上液腔流入下液腔；
一外导管连接在外筒一侧，所述外导管的一端与外筒的所述上液腔连接，外导管另一端与下液腔连接，外导管的中间设有使磁流变液只能由下液腔流入上液腔的第二止回阀；所述上液腔充满磁流变液，下液腔底部设有磁流变液，并且下液腔底部磁流变液的液面超过外导管与下液腔相连的高度；
所述推杆与筒盖连接处设置第一密封结构，活塞与外筒连接处设置第二密封结构。
所述磁性内导管包括内导管、以及环形磁铁，所述内导管套接于活塞通孔的孔壁内，与通孔孔壁胶结，所述环形磁铁固定贴附于内导管和通孔内壁之间。
所述弹簧的极限载荷大于着陆腿承受的最大载荷。
所述外导管由两段外导管单元组成，两段外导管单元之间通过第二止回阀相连。
所述内导管由两段内导管单元组成，两段内导管单元之间通过第一止回阀相连。
所述筒盖与外筒之间通过法兰连接或螺纹连接。
所述外导管的两端与外筒之间通过可拆卸结构连接，连接后通过第三密封结构密封。
所述第一止回阀和第二止回阀均为立式止回阀。
一种基于所述可重复缓冲的磁流变着陆机构的重复缓冲方法，
着陆时足垫所受冲击力通过推杆传至活塞，活塞滑动压缩弹簧，同时上液腔内磁流变液通过磁性内导管进入下液腔，在通过磁性内导管时，磁流变液在磁场作用下由液体变为半固体，产生阻尼，消耗冲击能量，此外，弹簧储存有部分冲击能量；
缓冲结束后，弹簧开始释放能量，整个装置开始复位，下液腔内磁流变液通过外导管回到上液腔，且始终处于液体状态，具有良好的流动性和较小的阻尼。
相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：
1.利用内、外导管及止回阀的设置，将缓冲及恢复两个过程的通道区分开来，缓冲过程中利用了磁流变液在磁场下的高阻尼，恢复过程利用了磁流变液在无磁场下的低阻尼流体特性。
2. 磁流变液在下液腔只保证覆盖外导管与下液腔的连接口，使得整个装置更轻，下液腔中的空腔可产生类似空气弹簧的作用，复位时活塞向下运动通过空气弹簧间接压缩磁流变液。
3.设置了多个密封环保证整个装置的密封能力，防止磁流变液发生泄露；外筒与筒盖采用法兰或螺栓连接，可在使用时间较长后打开筒盖更换磁流变液，大幅提高装置寿命。
4.本发明结合了弹簧的储能能力、磁流变液在磁场下的耗能能力，利用环形磁铁产生磁场，无需外接电源，整个装置结构简单可靠，传力耗能机制明确，安全性高，具有自复位能力。
附图说明
图1是本发明可重复缓冲的磁流变着陆机构的主视图；
其中，1、外筒；2、上液腔；3、弹簧；4、活塞；5、下液腔；6、足垫；7、内导管；8、磁流变液；9、第二止回阀；10、外导管；11、推杆；12、筒盖；13、第一密封环；14、第二密封环；15、第三密封环；16、第四密封环；17、环形磁铁；18、第一止回阀；
图2是本发明活塞的俯视图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
如图1至图2所示，本发明所述的是一种可重复缓冲的磁流变着陆机构。所述的可重复缓冲的磁流变着陆机构由外筒1、上液腔2、弹簧3、活塞4、下液腔5、足垫6、磁性内导管7、磁流变液8、第二止回阀9、外导管10、推杆11、筒盖12、第一密封环13、第二密封环14、第三密封环15、第四密封环16、环形磁铁17、第一止回阀18。
实施例
实施例中，所述外筒1、活塞4采用铝合金，活塞4上设置第二密封环14，以保持活塞4与外筒1之间的密封性；
活塞4对称开有两通孔，连接上液腔2和下液腔5，上液腔2内充满磁流变液8，下液腔5内有磁流变液8，液面超过下液腔与外导管连接处。
活塞4下端通过推杆11与足垫6相连，三者采用机械连接；
活塞4上端与弹簧3下端相连，弹簧3上端固定在外筒1顶部内侧。
外筒1底部开口，其上设置有筒盖12，两者通过法兰连接；推杆11穿过筒盖12中间开孔，接触处设置有第一密封环13。
外筒1一侧顶部和底部开有两圆孔，外导管10通过圆孔将上液腔2和下液腔5连接起来，在外筒1与外导管10连接处分别设置第三密封环15和第四密封环16。
所述磁性内导管7、外导管10采用铝合金，分上、下两段，两段外导管单元通过第二回阀9相连。
其中，磁性内导管7中的第一止回阀18仅允许磁流变液8由上液腔2流入下液腔5；外导管10中的第二止回阀9仅允许磁流变液8由下液腔5流入上液腔2。
所述磁性内导管7包括内导管、以及环形磁铁17，所述环形磁铁17通过金属胶贴在内导管外壁和活塞上通孔内壁之间；内导管紧贴在活塞中的通孔内壁上，与通孔内壁之间通过金属胶固定。
着陆时，冲击荷载从足垫6通过推杆11传至活塞4，使得活塞4相对外筒1向上滑动压缩弹簧3，弹簧3吸收储存部分冲击能量。同时上液腔2体积缩小，下液腔5体积增大，磁流变液8通过磁性内导管7从上液腔2进入下液腔5。磁流变液8进入磁性内导管7时，受环形磁铁17作用，磁流变液8由液态转化为半固态，阻尼增大，流动过程中耗散冲击能量。
缓冲结束后，弹簧3开始释放能量，此时上液腔2体积增大，下液腔5体积缩小，磁流变液8通过外导管10从下液腔5回到上液腔2。
在复位过程中，磁流变液8保持液体状态，具有良好的流动性和一定的阻尼，保证复位过程平缓稳定进行。

Claims (9)

1.一种可重复缓冲的磁流变着陆机构，其特征在于，包括：外筒，所述外筒底部开口，与一中间开孔的筒盖连接；
活塞，沿所述外筒轴向滑动设置在所述外筒内部，将外筒内部划分为上液腔和下液腔；
活塞上朝向外筒顶部的一侧表面通过弹簧与外筒内上液腔的顶部连接；
活塞上朝向外筒内下液腔的一侧表面与一推杆的一端连接，推杆另一端穿出所述筒盖中间的开孔后与一足垫相连；
所述活塞上位于推杆的两侧对称开有两个通孔，两个所述通孔将上液腔和下液腔相连通，每个通孔的孔壁上均套设有磁性内导管，磁性内导管内设有第一止回阀，所述第一止回阀使得通过磁性内导管的磁流变液只能由上液腔流入下液腔；
一外导管连接在外筒一侧，所述外导管的一端与外筒的所述上液腔连接，外导管另一端与下液腔连接，外导管的中间设有使磁流变液只能由下液腔流入上液腔的第二止回阀；所述上液腔充满磁流变液，下液腔底部设有磁流变液，并且下液腔底部磁流变液的液面超过外导管与下液腔相连的高度；
所述推杆与筒盖连接处设置第一密封结构，活塞与外筒连接处设置第二密封结构。
2.根据权利要求1所述的可重复缓冲的磁流变着陆机构，其特征在于，所述磁性内导管包括内导管、以及环形磁铁，所述内导管套接于活塞通孔的孔壁内，与通孔孔壁胶结，所述环形磁铁固定贴附于内导管和通孔内壁之间。
3.根据权利要求1所述的可重复缓冲的磁流变着陆机构，其特征在于，所述弹簧的极限载荷大于着陆腿承受的最大载荷。
4.根据权利要求1所述的可重复缓冲的磁流变着陆机构，其特征在于，所述外导管由两段外导管单元组成，两段外导管单元之间通过第二止回阀相连。
5.根据权利要求1所述的可重复缓冲的磁流变着陆机构，其特征在于，所述内导管由两段内导管单元组成，两段内导管单元之间通过第一止回阀相连。
6.根据权利要求1所述的可重复缓冲的磁流变着陆机构，其特征在于，所述筒盖与外筒之间通过法兰连接或螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的可重复缓冲的磁流变着陆机构，其特征在于，所述外导管的两端与外筒之间通过可拆卸结构连接，连接后通过第三密封结构密封。
8.根据权利要求1所述的可重复缓冲的磁流变着陆机构，其特征在于，所述第一止回阀和第二止回阀均为立式止回阀。
9.一种基于权利要求1~8中任一所述可重复缓冲的磁流变着陆机构的重复缓冲方法，其特征在于，
着陆时足垫所受冲击力通过推杆传至活塞，活塞滑动压缩弹簧，同时上液腔内磁流变液通过磁性内导管进入下液腔，磁性内导管中的第一止回阀保证磁流变液只能由上液腔流入下液腔，磁流变液在通过磁性内导管时，在磁场作用下由液体变为半固体，产生阻尼，消耗冲击能量，此外，弹簧储存有部分冲击能量；
缓冲结束后，弹簧开始释放能量，整个装置开始复位，外导管中的第二止回阀保证磁流变液只能由下液腔流入上液腔，且始终处于液体状态，具有良好的流动性和较小的阻尼。
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