CN111114846B - 一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置，属于深空探测技术领域，特别是涉及一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置。解决了探测器如何在情况复杂的小行星表面安全着陆的问题。它包括直伸式着陆腿和小行星探测器主体外壳。它主要用于小行星探测器的着陆缓冲。

Description

一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置

技术领域

本发明属于深空探测技术领域，特别是涉及一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置。

背景技术

随着深空探测技术的发展，小行星探测已成为当前地外天体探测的热点。探测器在小行星表面的安全着陆，即探测器在星表稳定姿态并停留一段时间，是实施包括对小行星物质采样返回在内的多项科学探测任务的重要基础。

目前，世界各国对探测器在小行星表面软着陆的实施方式多为“一触即走”的方式，如日本的隼鸟号探测器与与美国的欧西里斯号探测器，此种方式中探测器在小行星表面进行短暂接触仅停留几秒钟，并未实现真正意义上的着陆，难以实现具有较大科研价值的为附着和采样返回。如何让探测器在微重力环境下快速稳定，并在情况复杂的小行星表面安全着陆成为了各国在深空探测领域的共同难题，我国至今未曾开展过探测器在小行星表面着陆的科学任务，同时对于此项技术的研究也几乎属于空白。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置，它包括直伸式着陆腿和小行星探测器主体外壳，所述直伸式着陆腿包括腿杆基座、金属橡胶缓冲单元、腿杆和足垫，所述腿杆基座与金属橡胶缓冲单元固定连接，所述腿杆为空心结构，所述腿杆基座和金属橡胶缓冲单元均位于腿杆内部，所述金属橡胶缓冲单元的外壁与腿杆内壁接触，所述腿杆基座、金属橡胶缓冲单元和腿杆的中心轴线均相互重合，所述金属橡胶缓冲单元使腿杆基座和腿杆在径向与轴向上均产生相对运动，所述足垫与腿杆底端相连，所述直伸式着陆腿数量为3个，沿小行星探测器主体外壳底面圆周方向均匀布置，并通过腿杆基座与小行星探测器主体外壳底面固定连接。

更进一步的，所述金属橡胶缓冲单元包括上金属橡胶缓冲圈、下金属橡胶缓冲圈、导向套、限位螺杆、分隔套筒和腿杆端盖，所述分隔套筒两端分别套接上金属橡胶缓冲圈和下金属橡胶缓冲圈，所述分隔套筒通过腿杆端盖与腿杆上部固定连接，所述上金属橡胶缓冲圈和下金属橡胶缓冲圈的外壁均与分隔套筒内壁接触，所述上金属橡胶缓冲圈和下金属橡胶缓冲圈的内壁均与腿杆基座外壁接触，所述导向套通过限位螺杆与腿杆基座固定连接，所述导向套沿径向上设有凸起结构，所述导向套通过凸起结构与腿杆配合连接。

更进一步的，所述腿杆基座底部端面与腿杆顶部端面之间存在轴向间隙，所述导向套外壁与腿杆内壁之间存在径向间隙。

更进一步的，所述腿杆为圆筒状结构。

更进一步的，所述足垫通过球角副与腿杆底端相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单组成部件少，对于深空探测领域来说对结构的简化是增加装置可靠性的关键。利用金属橡胶进行吸能缓冲，缓冲吸能密度大、对超高低温环境的适应性强，能可靠地实现探测器在小行星微重力环境下的快速稳定。本发明通过三条着陆腿与小行星表面进行三点接触，可降低对着陆点星表地形地貌的要求，对星表不确知地形地质环境的适应性强。本发明中金属橡胶在不受力情况下可恢复原始形状与性能，因此该着陆缓冲装置可多次重复使用，实现探测器在小行星表面多点着陆与探测。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置结构示意图

图2为本发明所述的直伸式着陆腿结构示意图

图3为本发明所述的金属橡胶缓冲单元结构示意图

1:直伸式着陆腿，2:小行星探测器主体外壳，1-1:腿杆基座，1-2:金属橡胶缓冲单元，1-3:腿杆，1-4:足垫，1-2-1:上金属橡胶缓冲圈，1-2-2:下金属橡胶缓冲圈，1-2-3:导向套，1-2-4:限位螺杆，1-2-5:分隔套筒，1-2-6:腿杆端盖

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1-3说明本实施方式，一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置，它包括直伸式着陆腿1和小行星探测器主体外壳2，所述直伸式着陆腿1包括腿杆基座1-1、金属橡胶缓冲单元1-2、腿杆1-3和足垫1-4，所述腿杆基座1-1与金属橡胶缓冲单元1-2固定连接，所述腿杆1-3为空心结构，所述腿杆基座1-1和金属橡胶缓冲单元1-2均位于腿杆1-3内部，所述金属橡胶缓冲单元1-2的外壁与腿杆1-3内壁接触，所述腿杆基座1-1、金属橡胶缓冲单元1-2和腿杆1-3的中心轴线均相互重合，所述金属橡胶缓冲单元1-2使腿杆基座1-1和腿杆1-3在径向与轴向上均产生相对运动，所述足垫1-4与腿杆1-3底端相连，所述直伸式着陆腿1数量为3个，沿小行星探测器主体外壳2底面圆周方向均匀布置，并通过腿杆基座1-1与小行星探测器主体外壳3底面固定连接。

本发明具备快速实现探测器在小行星表面安全着陆的能力，当探测器相对于小行星以一定的垂直速度与水平速度着陆时，探测器上的姿控发动机将给探测器提供指向星表的较小推力并维持该推力一段时间，同时本发明中的一条或某几条直伸式着陆腿1将通过足垫1-4与星表发生接触，发生接触的着陆腿上腿杆1-3在星表反作用力下将相对于该直伸式着陆腿1的腿杆基座1-1有一定程度的径向与轴向上的运动，此时金属橡胶缓冲单元1-2受到压缩产生较大弹性变形并在作用力减小的方向进行弹性恢复，而金属橡胶缓冲单元1-2的弹性恢复阶段的力-变形量曲线会滞后于弹性变形阶段的力-变形量曲线，即金属橡胶缓冲单元1-2的弹性恢复阶段的力-变形量曲线不能跟随弹性变形阶段的力-变形量曲线，从而在弹性变形至弹性恢复的一个循环内消耗一定的能量，三条直伸式着陆腿1上的金属橡胶缓冲单元1-2协同发生多次弹性变形至弹性恢复的过程即可将探测器着陆时的残余能量完全消耗掉，最终在整个着陆缓冲装置的缓冲下探测器在小行星表面实现着陆并姿态稳定，此时探测器姿控发动机的推力消失。

本发明还具备工作还原模式，此模式用于着陆缓冲装置的多次重复利用，即当探测器完成对星表某一探测区域的所有科学探测任务后可前往其它探测区域继续进行科学探测，此时探测器起飞脱离星表，三条直伸式着陆腿1上金属橡胶缓冲单元1-2的作用力消失，则直伸式着陆腿1上金属橡胶缓冲单元1-2的弹性变形将完全恢复到初始状态，从而为下次探测器在小行星表面的着陆做准备。

优选的，所述金属橡胶缓冲单元1-2包括上金属橡胶缓冲圈1-2-1、下金属橡胶缓冲圈1-2-2、导向套1-2-3、限位螺杆1-2-4、分隔套筒1-2-5和腿杆端盖1-2-6，所述分隔套筒1-2-5两端分别套接上金属橡胶缓冲圈1-2-1和下金属橡胶缓冲圈1-2-2，所述分隔套筒1-2-5通过腿杆端盖1-2-6与腿杆1-3上部固定连接，所述上金属橡胶缓冲圈1-2-1和下金属橡胶缓冲圈1-2-2的外壁均与分隔套筒1-2-5内壁接触，所述上金属橡胶缓冲圈1-2-1和下金属橡胶缓冲圈1-2-2的内壁均与腿杆基座1-1外壁接触，所述导向套1-2-3通过限位螺杆1-2-4与腿杆基座1-1固定连接，所述导向套1-2-3沿径向上设有凸起结构，所述导向套1-2-3通过凸起结构与腿杆1-3配合连接，此种结构上金属橡胶缓冲圈1-2-1和下金属橡胶缓冲圈1-2-2均可在径向与轴向上产生弹性形变，经由两个金属橡胶缓冲圈使腿杆基座1-1和腿杆1-3在径向与轴向上均产生相对运动，3条直伸式着陆腿1上共有6个金属橡胶缓冲圈协同发生多次弹性变形至弹性恢复的过程，消耗探测器着陆过程中的冲击能量。所述腿杆基座1-1底部端面与腿杆1-3顶部端面之间存在轴向间隙，所述导向套1-2-3外壁与腿杆1-3内壁之间存在径向间隙，为着陆缓冲过程提供足够的空间，使其能够更快的完成着陆缓冲过程。所述腿杆1-3为圆筒状结构，保证直伸式着陆腿1的结构稳定，所述足垫1-4通过球角副与腿杆1-3底端相连，保证了足垫1-4与腿杆1-3之间的自由度。

以上对本发明所提供的一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式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为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置，其特征在于：它包括直伸式着陆腿(1)和小行星探测器主体外壳(2)，所述直伸式着陆腿(1)包括腿杆基座(1-1)、金属橡胶缓冲单元(1-2)、腿杆(1-3)和足垫(1-4)，所述腿杆基座(1-1)与金属橡胶缓冲单元(1-2)固定连接，所述腿杆(1-3)为空心结构，所述腿杆基座(1-1)和金属橡胶缓冲单元(1-2)均位于腿杆(1-3)内部，所述金属橡胶缓冲单元(1-2)的外壁与腿杆(1-3)内壁接触，所述腿杆基座(1-1)、金属橡胶缓冲单元(1-2)和腿杆(1-3)的中心轴线均相互重合，所述金属橡胶缓冲单元(1-2)使腿杆基座(1-1)和腿杆(1-3)在径向与轴向上均产生相对运动，所述足垫(1-4)与腿杆(1-3)底端相连，所述直伸式着陆腿(1)数量为3个，沿小行星探测器主体外壳(2)底面圆周方向均匀布置，并通过腿杆基座(1-1)与小行星探测器主体外壳(3)底面固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置，其特征在于：所述金属橡胶缓冲单元(1-2)包括上金属橡胶缓冲圈(1-2-1)、下金属橡胶缓冲圈(1-2-2)、导向套(1-2-3)、限位螺杆(1-2-4)、分隔套筒(1-2-5)和腿杆端盖(1-2-6)，所述分隔套筒(1-2-5)两端分别套接上金属橡胶缓冲圈(1-2-1)和下金属橡胶缓冲圈(1-2-2)，所述分隔套筒(1-2-5)通过腿杆端盖(1-2-6)与腿杆(1-3)上部固定连接，所述上金属橡胶缓冲圈(1-2-1)和下金属橡胶缓冲圈(1-2-2)的外壁均与分隔套筒(1-2-5)内壁接触，所述上金属橡胶缓冲圈(1-2-1)和下金属橡胶缓冲圈(1-2-2)的内壁均与腿杆基座(1-1)外壁接触，所述导向套(1-2-3)通过限位螺杆(1-2-4)与腿杆基座(1-1)固定连接，所述导向套(1-2-3)沿径向上设有凸起结构，所述导向套(1-2-3)通过凸起结构与腿杆(1-3)配合连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置，其特征在于：所述腿杆基座(1-1)底部端面与腿杆(1-3)顶部端面之间存在轴向间隙，所述导向套(1-2-3)外壁与腿杆(1-3)内壁之间存在径向间隙。

4.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置，其特征在于：所述腿杆(1-3)为圆筒状结构。

5.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶吸能原理的小行星表面着陆缓冲装置，其特征在于：所述足垫(1-4)通过球角副与腿杆(1-3)底端相连。

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