CN110411695A - 一种模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置及测试方法，该装置包括箱、模拟探测器、细绳、摄像头、弹性橡胶缓冲垫、松散土以及坚硬土体；所述模拟探测器吊放于箱内，通过细绳与滑轮连接；所述箱底部分层铺设坚硬土体和松散土，并在箱左侧坚硬土层上放置弹性橡胶缓冲垫；所述箱内壁上放置与松散土坡面平行的两排摄像头，记录模拟探测器冲击斜坡后的运动轨迹；可以通过模拟探测器足垫上方轴力计测出其冲击倾斜月面对足垫产生的压力；可以通过调节坚硬土体表面与水平面的夹角或者调节松散土的厚度研究模拟探测器冲击倾斜月面后的运动规律及产生滑移或者翻转的原因。
Description
技术领域
本发明属于隧道与地下工程试验仪器技术领域，特别涉及一种模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置及测试方法。
背景技术
我国的探月工程按照“绕，落，回”的思路分三步进行，其中如何实现在月球上的软着陆尤为重要，我国目前采用的动力下降过程分为六个阶段：主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段和缓速下降段。其中探测器着陆过程中会产生巨大的冲击力，对探测器上精密的仪器产生巨大的影响，并且若探测器着陆时降落在倾斜的坡面，很有可能发生倾覆的重大事故。因此研究探测器着陆后冲击对足垫产生的影响以及坡面的倾斜角度或者月壤的厚度对其落地稳定状态的影响尤为重要。
国内外不少学者对模拟探测器冲击对足垫的影响做出了研究。吴晓君等在《着陆器足垫垂直冲击模型试验研究》中进行土体密实度、冲击速率和冲击质量对足垫运动特性的影响，但是其对模拟探测器冲击倾斜月面的研究尚有不足，未考虑倾斜月面这一因素；蒋祝金等在《模拟月壤中着陆器足垫滑移受力的试验研究》中研究滑移过程中足垫水平力和竖向轴力变化，但是其未考虑到模拟探测器冲击倾斜月面后的运动规律及产生滑移或者翻转的原因。
综上所述现有技术存在以下缺点：①没有模拟探测器冲击倾斜月面对足垫产生的压力进行研究；②没有研究模拟探测器冲击倾斜月面后的运动规律及产生滑移或者翻转的原因。
发明内容
本发明提出了一种模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置及测试方法，其目的在于测试模拟探测器冲击倾斜月面对足垫产生的压力，并且研究模拟探测器冲击倾斜月面后的运动规律及产生滑移或者翻转的原因。
一种模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置，包括箱1、模拟探测器2、细绳7、摄像头10、弹性橡胶缓冲垫11、松散土12以及坚硬土体13；
所述箱1采用有机玻璃制作，通过螺栓14固定于金属底座15上；箱1长为5m，宽为1m，高为4m；箱1外壁设有刻度线5，可用于确定坚硬土体4和松散土3的厚度；
所述箱1中，将模拟探测器2吊放于箱1内，通过细绳7与滑轮8连接；
所述细绳7每隔10cm做一个标记9，可用于确定模拟探测器2的高度；
所述箱1底部分层铺设坚硬土体13和松散土12，并在箱1左侧坚硬土层13上放置弹性橡胶缓冲垫11；弹性橡胶缓冲垫11与箱1左侧壁用双面胶进行临时粘贴；
所述箱1内壁上放置与松散土12坡面平行的两排摄像头10，可跟踪拍照用于记录模拟探测器2运动轨迹，摄像头10与电脑17相连。
进一步地，所述模拟探测器2底部装有4个足垫3，足垫3上方安装有轴力计16，用于测量冲击时对足垫3产生的应力状况，并将轴力数据通过蓝牙发送给电脑17；模拟探测器2上左边装有红色LED灯5，右边装有绿色LED灯4，通过摄像头10拍照记录得到模拟探测器2冲击斜坡后的运动轨迹；
进一步地，所述坚硬土体13采用环氧树脂与经过磨细并筛分的土体混合搅拌后压实形成的，设置坚硬土体13表面与水平面夹角范围为0°～60°；
所述松散土12采用火山灰和砂土按一定级配配置并均匀的撒布在坚硬土体13上，虚铺厚度在20cm～60cm范围内变化。
一种模拟探测器冲击倾斜月面的测试方法，采用上述的用于一种模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置，具体步骤如下：
(1)在箱1底部铺设一定厚度的配置好的坚硬土体13，并将其表面铺设为拟定角度的斜面，等待2小时，让坚硬土体13初步硬化；
(2)在箱1左侧坚硬土体13表面上放置弹性橡胶缓冲垫11，并在坚硬土体13表面上均匀撒布拟定厚度的已经配置好的松散土12；
(3)将模拟探测器2放入箱1中，其上的细绳7与滑轮8连接；通过细绳7上的标记9调节模拟探测器2高度；
(4)继续等待22小时，待坚硬土体13充分硬化后，进行冲击试验，剪断细绳7，让模拟探测器2自由下落，冲击表面铺有松散土12的坚硬土体13，相应的压力数据会通过蓝牙传递给电脑17，模拟探测器2的运动轨迹由其上的左侧红色LED灯5和右侧绿色LED灯4的运动轨迹来描述，通过与松散土3坡面平行的两排摄像头10拍照传送给电脑17并进行图像识别处理。
进一步地，可通过调节坚硬土体13表面与水平面的夹角或者调节松散土12的厚度，基于模拟探测器2底部的足垫冲击压力和探测器2运动轨迹的数据分析，来分析模拟探测器2冲击斜坡后的运动规律及产生滑移或者翻转的原因，并评价模拟探测器2冲击带有一定倾角月球表面的稳定性和可行性。
有益效益
本发明提出了一种模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置及测试方法，该装置包括箱1、模拟探测器2、细绳7、摄像头10、弹性橡胶缓冲垫11、松散土12以及坚硬土体13；所述箱1采用有机玻璃制作，通过螺栓14固定于金属底座15上；所述模拟探测器2吊放于箱1内，通过细绳7与滑轮8连接；所述箱1底部分层铺设坚硬土体13和松散土12，并在箱1左侧坚硬土层13上放置弹性橡胶缓冲垫11；所述箱1内壁上放置与松散土12坡面平行的两排摄像头10，摄像头10与电脑17相连；可以通过模拟探测器足垫上方轴力计测出其冲击倾斜月面对足垫产生的压力；可以通过调节坚硬土体表面与水平面的夹角或者调节松散土的厚度研究模拟探测器冲击倾斜月面后的运动规律及产生滑移或者翻转的原因。
附图说明
图1为本发明所述装置剖面图；
图2为本发明所述装置俯视图；
图3为本发明所述模拟探测器结构图；
标号说明：箱1，模拟探测器2，足垫3，绿色LED灯4，红色LED灯5，刻度6，细绳7，滑轮8，标记9，摄像头10，弹性橡胶缓冲垫11，松散土12，坚硬土体13，螺栓14，金属底座15，轴力计16，电脑17。
具体实施方法
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1-图3所示，一种模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置，包括箱1、模拟探测器2、细绳7、摄像头10、弹性橡胶缓冲垫11、松散土12以及坚硬土体13；
所述箱1采用有机玻璃制作，通过螺栓14固定于金属底座15上；箱1长为5m，宽为1m，高为4m；箱1外壁设有刻度线5，可用于确定坚硬土体4和松散土3的厚度；
所述箱1中，将模拟探测器2吊放于箱1内，通过细绳7与滑轮8连接；所述细绳7每隔10cm做一个标记9，可用于确定模拟探测器2的高度；
所述箱1底部分层铺设坚硬土体13和松散土12，并在箱1左侧坚硬土层13上放置弹性橡胶缓冲垫11；弹性橡胶缓冲垫11与箱1左侧壁用双面胶进行临时粘贴；
所述箱1内壁上放置与松散土12坡面平行的两排摄像头10，可跟踪拍照用于记录模拟探测器2运动轨迹，摄像头10与电脑17相连。
所述模拟探测器2底部装有4个足垫3，足垫3上方安装有轴力计16，用于测量冲击时对足垫3产生的应力状况，并将轴力数据通过蓝牙发送给电脑17；模拟探测器2上左边装有红色LED灯5，右边装有绿色LED灯4，通过摄像头10拍照记录得到模拟探测器2冲击斜坡后的运动轨迹；
所述坚硬土体13采用环氧树脂与经过磨细并筛分的土体混合搅拌后压实形成的，设置坚硬土体13表面与水平面夹角范围为0°～60°；
所述松散土12采用火山灰和砂土按一定级配配置并均匀的撒布在坚硬土体13上，虚铺厚度在20cm～60cm范围内变化。
一种模拟探测器冲击倾斜月面的测试方法，采用上述的用于模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置，具体步骤如下：
1)在箱1底部铺设一定厚度的配置好的坚硬土体13，并将其表面铺设为拟定角度的斜面，等待2小时，让坚硬土体13初步硬化；
2)在箱1左侧坚硬土体13表面上放置弹性橡胶缓冲垫11，并在坚硬土体13表面上均匀撒布拟定厚度的已经配置好的松散土12；
3)将模拟探测器2放入箱1中，其上的细绳7与滑轮8连接；通过细绳7上的标记9调节模拟探测器2高度；
4)继续等待22小时，待坚硬土体13充分硬化后，进行冲击试验，剪断细绳7，让模拟探测器2自由下落，冲击表面铺有松散土12的坚硬土体13，相应的压力数据会通过蓝牙传递给电脑17，模拟探测器2的运动轨迹由其上的左侧红色LED灯5和右侧绿色LED灯4的运动轨迹来描述，通过与松散土3坡面平行的两排摄像头10拍照传送给电脑17并进行图像识别处理。
可通过调节坚硬土体13表面与水平面的夹角或者调节松散土12的厚度，基于模拟探测器2底部的足垫冲击压力和探测器2运动轨迹的数据分析，来分析模拟探测器2冲击斜坡后的运动规律及产生滑移或者翻转的原因，并评价模拟探测器2冲击带有一定倾角月球表面的稳定性和可行性。
本发明中应用了具体实施例对发明的原理及实施方法进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方法及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解对发明的限制。
Claims (5)
1.一种模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置，其特征在于，包括箱(1)、模拟探测器(2)、细绳(7)、摄像头(10)、弹性橡胶缓冲垫(11)、松散土(12)以及坚硬土体(13)：
所述箱(1)采用有机玻璃制作，通过螺栓(14)固定于金属底座(15)上；箱(1)长为5m，宽为1m，高为4m；箱(1)外壁设有刻度线(5)，可用于确定坚硬土体(4)和松散土(3)的厚度；
所述箱(1)中，将模拟探测器(2)吊放于箱(1)内，通过细绳(7)与滑轮(8)连接；
所述细绳(7)每隔10cm做一个标记(9)，可用于确定模拟探测器(2)的高度；
所述箱(1)底部分层铺设坚硬土体(13)和松散土(12)，并在箱(1)左侧坚硬土层(13)上放置弹性橡胶缓冲垫(11)：弹性橡胶缓冲垫(11)与箱(1)左侧壁用双面胶进行临时粘贴；
所述箱(1)内壁上放置与松散土(12)坡面平行的两排摄像头(10)，可跟踪拍照用于记录模拟探测器(2)运动轨迹，摄像头(10)与电脑(17)相连。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述模拟探测器(2)底部装有4个足垫(3)，足垫(3)上方安装有轴力计(16)，用于测量冲击时对足垫(3)产生的应力状况，并将轴力数据通过蓝牙发送给电脑(17)；模拟探测器(2)上左边装有红色LED灯(5)，右边装有绿色LED灯(4)，通过摄像头(10)拍照记录得到模拟探测器(2)冲击斜坡后的运动轨迹。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述坚硬土体(13)采用环氧树脂与经过磨细并筛分的土体混合搅拌后压实形成的，设置坚硬土体(13)表面与水平面夹角范围为0°～60°；
所述松散土(12)采用火山灰和砂土按一定级配配置并均匀的撒布在坚硬土体(13)上，虚铺厚度在20cm～60cm范围内变化。
4.一种模拟探测器冲击倾斜月面的测试方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的用于模拟探测器冲击倾斜月面的试验装置，其步骤如下：
(1)在箱(1)底部铺设一定厚度的配置好的坚硬土体(13)，并将其表面铺设为拟定角度的斜面，等待2小时，让坚硬土体(13)初步硬化；
(2)在箱(1)左侧坚硬土体(13)表面上放置弹性橡胶缓冲垫(11)，并在坚硬土体(13)表面上均匀撒布拟定厚度的已经配置好的松散土(12)；
(3)将模拟探测器(2)放入箱(1)中，其上的细绳(7)与滑轮(8)连接；通过细绳(7)上的标记(9)调节模拟探测器(2)高度；
(4)继续等待22小时，待坚硬土体(13)充分硬化后，进行冲击试验，剪断细绳(7)，让模拟探测器(2)自由下落，冲击表面铺有松散土(12)的坚硬土体(13)，相应的压力数据会通过蓝牙传递给电脑(17)，模拟探测器(2)的运动轨迹由其上的左侧红色LED灯(5)和右侧绿色LED灯(4)的运动轨迹来描述，通过与松散土(3)坡面平行的两排摄像头(10)拍照传送给电脑(17)并进行图像识别处理。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，可通过调节坚硬土体(13)表面与水平面的夹角或者调节松散土(12)的厚度，基于模拟探测器(2)底部的足垫冲击压力和探测器(2)运动轨迹的数据分析，来分析模拟探测器(2)冲击斜坡后的运动规律及产生滑移或者翻转的原因，并评价模拟探测器(2)冲击带有一定倾角月球表面的稳定性和可行性。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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