CN117272547A - 基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请适用于航天器着陆缓冲技术领域，提供了一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的方法及装置，着陆缓冲机构包括一个主缓冲器，所述主缓冲器包括第一缓冲蜂窝结构和第二缓冲蜂窝结构，方法包括：根据着陆稳定性需求确定所述着陆缓冲机构的结构参数的取值范围，所述结构参数包括第一倾角、第一压溃载荷和第二压溃载荷，根据着陆冲击能量需求，确定使得所述结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值，其中，所述目标取值在所述取值范围内。本申请可以解决现有的着陆缓冲机构设计需要通过复杂的建模方法来确定缓冲机构的结构参数的问题。

Description

基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的方法及装置
技术领域
本申请属于航天器着陆缓冲技术领域，尤其涉及一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的方法及装置。
背景技术
着陆缓冲技术是实现月球、火星等地外天体着陆探测的关键基础技术，关系到探测器软着陆任务的成败。随着近来年航天任务的发展，探测器质量愈发增大，对着陆缓冲技术的需求也在提高，具体表现在着陆冲击能量显著增大、冲击载荷更大、承载能力需求更高等诸多方面，上述因素均要求着陆缓冲机构的具有更为高效可靠的缓冲吸能能力。然而，由于为确保着陆的稳定性、避免探测器着陆过程中翻倒，着陆缓冲机构需具有充足的支撑跨度，因此，着陆缓冲机构一般呈倾斜构型，相对竖直方向具有一定的初始倾角。着陆缓冲机构的缓冲能力与该初始倾角密切相关。而且在着陆冲击过程中，由于缓冲行程的增加，该倾角会进一步增大，着陆缓冲机构的构型也更为倾斜，缓冲效能也随之下降。
在以往的着陆缓冲机构设计中，往往将缓冲机构的结构形状与缓冲机构吸能结构互相独立的开展分析设计，没有充分考虑在着陆冲击过程中由于缓冲机构的结构形状变化、倾角增大导致缓冲吸能效果下降产生的影响，在着陆冲击能量显著增大的应用场景下，会使得着陆冲击能量不能有效的得到缓冲耗散，冲击载荷不可控的大幅增加，进而直接作用到着陆缓冲机构及探测器本体上，严重情况下甚至会造成着陆缓冲机构断裂破坏、探测器倾覆，导致整个探测任务失败的灾难性后果。
发明内容
针对上述问题，本申请实施例提供了一种着陆缓冲机构设计方法、系统、设备及介质，可以解决现有的着陆缓冲机构设计方案中可能存在航天器着陆冲击过程中难以吸收全部的冲击能量，造成着陆缓冲机构损坏的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的方法，着陆缓冲机构包括一个主缓冲器，主缓冲器包括第一缓冲蜂窝结构和第二缓冲蜂窝结构，包括以下步骤：
根据着陆稳定性需求基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的取值范围，结构参数包括第一倾角、第一压溃载荷和第二压溃载荷，第一倾角为主缓冲器在着陆冲击前与竖直方向的夹角，第一压溃载荷为第一缓冲蜂窝结构的压溃载荷，第二压溃载荷为第二缓冲蜂窝结构的压溃载荷；
根据着陆冲击能量需求，确定使得结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值，其中，第一关系为第一倾角与第一压溃载荷的关系，第二关系为第一倾角与第二倾角的关系，第三关系为第二倾角和第二压溃载荷的关系，第二倾角为主缓冲器在着陆终了时刻与竖直方向的夹角，目标取值在取值范围内。
在本申请第一方面的实施例中，通过着陆稳定性需求基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的取值范围，使得着陆缓冲机构的结构参数能够在可实现的范围内进行取值，之后根据着陆冲击能量需求、第一关系、第二关系和第三关系进行目标取值，使得着陆缓冲机构的结构参数在满足稳定性的同时可以满足整个着陆过程中的冲击能量需求。
在第一方面的一种可能的实现方式中，确定使得结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值，包括：
根据着陆冲击能量需求，确定结构参数的初始取值，初始取值在取值范围内；
调整初始取值直至调整后的初始取值满足第一关系、第二关系和第三关系，满足第一关系、第二关系和第三关系的调整后的初始取值为目标取值。
在本申请第一方面的实施例中，通过对初始取值进行简单的调整，可以快速的获取能够同时满足着陆冲击能量需求和着陆稳定性需求的结构参数，从而提高了着陆缓冲机构的设计效率。
在第一方面的一种可能的实现方式中，调整初始取值直至调整后的初始取值满足第一关系、第二关系和第三关系，包括：
根据第二关系和第一倾角，计算第二倾角；
根据第二倾角判断第二压溃载荷满足第三关系；
若第二压溃载荷不满足第三关系，在结构参数的取值范围内减小第一倾角和/或增大第二压溃载荷；
根据第一倾角判断第一压溃载荷满足第一关系；
若第一压溃载荷不满足第一关系，在结构参数的取值范围内减小第一倾角和/或减小第一压溃载荷；
重复上述步骤，直至第一压溃载荷满足第一关系的同时，第二压溃载荷满足第三关系。
在本申请第一方面的实施例中，通过连续的迭代，能够计算获得第一倾角、第一压溃载荷和第二压溃载荷的参数，无需通过建立着陆缓冲机构模型的复杂方法去满足着陆要求，减轻了设计人员对着陆缓冲机构的设计压力。
在第一方面的一种可能的实现方式中，第一关系为：
，
其中，P 1为第一压溃载荷，N为冲击载荷，μ为摩擦系数，θ 1为第一倾角。
在第一方面的一种可能的实现方式中，着陆缓冲机构还包括至少两个辅缓冲器，辅缓冲器包括至少两级辅缓冲蜂窝，方法还包括：
根据着陆冲击前的辅缓冲器长度、着陆终了时刻的辅缓冲器长度、每级缓冲蜂窝的压溃载荷和每级缓冲蜂窝的缓冲行程，计算辅缓冲器的吸能总量；
根据辅缓冲器的吸能总量，确定第二关系。
应理解，辅缓冲器的吸能总量满足：
；
其中，l 1为着陆冲击前的辅缓冲器长度，l 2为着陆终了时刻的辅缓冲器长度，P i为每级缓冲蜂窝的压溃载荷，S i为每级缓冲蜂窝的缓冲行程。
在第一方面的一种可能的实现方式中，第二关系为：
；
其中，θ 2为第二倾角。
在第一方面的一种可能的实现方式中，第三关系为：
。
第二方面，本申请实施例提供了一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的装置，包括：
参数取值范围计算模块，用于根据着陆稳定性需求确定着陆缓冲机构的结构参数的取值范围，结构参数包括第一倾角、第一压溃载荷和第二压溃载荷，第一倾角为主缓冲器在着陆冲击前与竖直方向的夹角，第一压溃载荷为第一缓冲蜂窝结构的压溃载荷，第二压溃载荷为第二缓冲蜂窝结构的压溃载荷；
参数取值确定模块，用于根据着陆冲击能量需求，确定使得结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值，其中，第一关系为第一倾角与第一压溃载荷的关系，第二关系为第一倾角与第二倾角的关系，第三关系为第二倾角和第二压溃载荷的关系，第二倾角为主缓冲器在着陆终了时刻与竖直方向的夹角，目标取值在取值范围内。
第三方面，本申请实施例提供了一种设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述第一方面任一项的方法
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面任一项的方法。
可以理解的是，上述第二方面至第四方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
1）提出了基于主缓冲器倾角的缓冲吸能设计方法，综合考虑了着陆冲击过程中构型变化对缓冲吸能的影响，可以保证主、辅缓冲器有效发挥缓冲作用，避免吸能不足、机构破坏问题。
2）给出了综合构型变化及缓冲吸能的主、辅缓冲器蜂窝压溃载荷的匹配设计依据，可使着陆冲击初始时刻主缓冲器低级蜂窝快速吸能，又可在着陆冲击终了时刻实现机构的构型平衡，保证着陆冲击后对探测器的稳定支撑。
3）给出的着陆缓冲机构吸能设计方法，通过构型变化的解析公式，充分考虑着陆稳定性及输出载荷的要求，不需复杂的仿真分析即可完成着陆缓冲机构的构型及缓冲吸能设计，提升了设计效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的着陆缓冲机构组成示意图；
图2为本申请提供的一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的方法的主要流程示意图；
图3为本申请一实施例提供的确定使得所述结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值的流程示意图；
图4为本申请一实施例提供的调整所述初始取值直至调整后的初始取值满足所述第一关系、所述第二关系和所述第三关系的流程示意图；
图5为本申请一实施例提供的着陆缓冲机构构型受力分析图；
图6为本申请一实施例提供的着陆缓冲机构侧视简图；
图7为本申请一实施例提供的主缓冲器蜂窝载荷示意图；
图8为本申请一实施例提供的辅缓冲器蜂窝载荷示意图；
图9为本申请一实施例提供的着陆缓冲机构的器上安装布局示意图；
图10为本申请一实施例提供的着陆缓冲机构着陆冲击前的构型图；
图11为本申请一实施例提供的着陆缓冲机构着陆冲击终了时刻的构型图；
图12为本申请一实施例提供的一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的装置的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
针对航天器等着陆缓冲需求较高的设备，在保证着陆缓冲的安全性的同时，还对着陆的稳定性有一定的要求，常见的航天器着陆缓冲机构一般呈倾斜构型，包括由多个支柱组成的支架以及足垫，使得着陆器在着陆过程中能够以稳定的姿态着陆。而且，由于航天器登陆时，每个登陆的星球的重力以及大气环境并不相同，不能够简单的根据航天器地球上收到的冲击力大小去估计航天器登陆其他星球受到的冲击能量，需要根据星球的实际情况，对着陆环境进行模拟，以此测算航天器在着陆时着陆缓冲机构受到的冲击能量，对着陆环境进行模拟需要大量的计算量，因此对于航天器着陆缓冲机构的设计效率产生了很大的影响。
具体的，参见图1，着陆缓冲机构由1件主缓冲器、2件辅缓冲器及1件足垫组成。主缓冲器与竖直方向存在着夹角，该角度是为了适当增大着陆缓冲机构支撑跨度，以提升着陆稳定性，主缓冲器及辅缓冲器内部均含有多级缓冲蜂窝用于吸收着陆冲击能量。
由于在着陆过程中，缓冲机构中的支架需要吸收着陆冲击能量，保证着陆过程的安全稳定，因此在着陆过程中，支架和支架上的缓冲器都会在一定程度上发生形变，在发生形变的过程中，由于缓冲器与竖直方向的倾角越大，支架上的缓冲器的缓冲效果也会相应的减小，因此，在一些冲击力较大的着陆过程中，会出现缓冲器的缓冲效果不足的情况，致使本应由缓冲器吸收的冲击能量传输到支架上，造成支架的断裂或者着陆器的损坏，进一步危害到着陆器内人员的生命安全以及设备的使用寿命，影响到航天任务的顺利实施。
在现有的设计方法下，为了解决这个问题，需要通过复杂的建模方法，对着陆器和着陆缓冲机构整体进行建模，在模拟的着陆环境下进行测试，通过不断的调整着陆缓冲机构的结构参数以确定着陆缓冲机构能够满足着陆缓冲的要求，这种方法需要设计人员进行多次重复的实验，需要消耗大量的时间以及经济成本。
为了避免这种情况，图2示出了本申请提供的一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的方法的示意性流程图。在本实施例中，该方法包括以下步骤：
S202、根据着陆稳定性需求基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的取值范围，结构参数包括第一倾角、第一压溃载荷和第二压溃载荷，第一倾角为主缓冲器在着陆冲击前与竖直方向的夹角，第一压溃载荷为第一缓冲蜂窝结构的压溃载荷，第二压溃载荷为第二缓冲蜂窝结构的压溃载荷。
具体的，对于不同重量、不同高度的着陆器、不同的星球的重力以及不同环境的着陆地面，为了保证着陆器能够稳定着陆，缓冲器与竖直方向的倾角不宜过小，如果过小，着陆缓冲机构的占地面积不足，容易使得着陆器的重心不稳定，造成侧翻的情况的发生，根据实际的着陆稳定性需求，可以确定着陆缓冲器的最小倾角，而对于缓冲器中的缓冲蜂窝材料来说，缓冲性能是通过其自身的压溃载荷确定的，缓冲蜂窝材料需要满足一定的压溃载荷，才能够具备足够的缓冲性能，而缓冲材料的缓冲性能受到材料本身的材质限制，存在缓冲性能的上限。设计人员可以根据上述条件，设置着陆缓冲机构的结构参数的取值范围，保证缓冲机构的结构参数的取值能够在保证着陆器的着陆稳定性的前提下同时还能符合现有缓冲材料性能条件。
S204、根据着陆冲击能量需求，确定使得结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值，其中，第一关系为第一倾角与第一压溃载荷的关系，第二关系为第一倾角与第二倾角的关系，第三关系为第二倾角和第二压溃载荷的关系，第二倾角为主缓冲器在着陆终了时刻与竖直方向的夹角，目标取值在取值范围内。
需要说明的是，在着陆器实际进行着陆的过程中，着陆缓冲机构受到的着陆冲击能量实际上是不断变大的，在受到着陆冲击之前，着陆缓冲机构的主缓冲器以一个预设的角度与地面进行接触，此时，缓冲器中的第一级缓冲蜂窝结构的压溃载荷不能小于着陆时着陆缓冲机构所受的水平摩擦力，否则，第一级缓冲蜂窝结构无法产生压溃状态，从而吸收着陆冲击能量，因此无法正常的进行工作，使得主缓冲器难以正常发挥着陆缓冲功能。
在着陆终了时刻，着陆缓冲机构受到的着陆冲击能量最大，也是缓冲器倾角最大的时刻，此时受到缓冲器倾角的影响，此时缓冲器中的缓冲蜂窝结构受到的冲击力是最大的，此时缓冲蜂窝结构最后一级缓冲蜂窝的压溃载荷（即第二压溃载荷）不能小于其所受的冲击力，否则就会有部分冲击力无法被缓冲器所缓冲而直接作用于着陆器上。由于着陆冲击能量是相对固定，而且是可以被计算的，针对不同着陆缓冲机构的主缓冲器的第一倾角，受到着陆冲击能量后产生的第二倾角相对的会产生变化，因此第二压溃载荷和第一压溃载荷会根据第一倾角的变化确定具体的参数，通过不断的迭代调整，直至根据第一倾角确定的压溃载荷能够满足着陆冲击能量需求。
参见图3，为本申请一实施例提供的如何确定使得所述结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值的流程示意图，在一种或多种实施例中，上述步骤包括以下步骤：
S302、根据着陆冲击能量需求，确定结构参数的初始取值，初始取值在所述取值范围内。
示例性的，根据着陆冲击能量需求，确定结构参数的初始取值，初始取值在所述取值范围内，具体的，可以根据着陆冲击能量需求，在之前确定的着陆缓冲机构的结构参数的取值范围中确定结构参数，具体的，可以将第一倾角确定为A，第一压溃载荷确定为B，第二压溃载荷确定为C。ABC均为取值范围内对应的任意数值。即依据着陆稳定性需求给出初始构型，并依据冲击能量需求给出初始的缓冲设计；
S304、调整初始取值直至调整后的初始取值满足第一关系、第二关系和第三关系，满足第一关系、第二关系和第三关系的调整后的初始取值为目标取值。
示例性的，参加图4，上述方法可以包括以下步骤：
S402、根据所述第二关系和所述第一倾角，计算所述第二倾角。
具体的，着陆缓冲机构包括至少两个辅缓冲器，辅缓冲器包括至少两级辅缓冲蜂窝，根据着陆冲击前的辅缓冲器长度、着陆终了时刻的辅缓冲器长度、每级缓冲蜂窝的压溃载荷和每级缓冲蜂窝的缓冲行程，计算所述辅缓冲器的吸能总量；
根据辅缓冲器的吸能总量，确定所述第二关系。其中辅缓冲器的吸能总量满足：
；
其中，l 1为着陆冲击前的辅缓冲器长度，l 2为着陆终了时刻的辅缓冲器长度，P i为每级缓冲蜂窝的压溃载荷，S i为每级缓冲蜂窝的缓冲行程。
S404、根据第二倾角判断第二压溃载荷满足第三关系。
具体的，在着陆冲击终了时刻，着陆缓冲机构构型需能保持稳定，因此对于主缓冲器100，在法向力F 法及辅缓冲器200轴力F 辅的共同作用下，二者需能达到力矩平衡，并且主缓冲器100高级蜂窝压溃载荷P 3应不低于此时的轴力F 轴，即：
由于主缓冲器100、辅缓冲器200安装点位置及辅缓冲器200在主缓冲器100上的安装位置受整器安装布局等因素制约，上述安装点位置调整幅度不大，在此可认为是定值，因此，辅缓冲器200与主缓冲器100的夹角ψ，仅决定于θ，可以表示为θ的函数ψ(θ)。
因此，F 法及F 辅在着陆冲击终了时刻，相对于根部万向节处的力矩平衡条件如下：
综合上述条件，可以得到主缓冲器100高级蜂窝压溃载荷P 3与F 辅的关系为：
由于辅缓冲器200仅受轴力作用，因此有：
为确保着陆后的稳定支撑，可得：
S406、若第二压溃载荷不满足第三关系，在结构参数的取值范围内减小第一倾角和/或增大第二压溃载荷。
S408、根据第一倾角判断第一压溃载荷满足第一关系。
具体的，参见图5，在受到着陆冲击之前，对着陆缓冲机构构型开展受力分析，足垫受到冲击载荷N及摩擦力f的作用力，给定足垫与着陆面之间的摩擦系数为μ，则摩擦力f与Ｎ的关系为：
N及f可以分解为主缓冲器的轴向力F 轴及法向力F 法，其关系式如下：
着陆冲击初始时刻，主缓冲器可以发挥缓冲作用的前提是，主缓冲器的低级蜂窝压溃载荷P 1应不大于F 轴，即：
由上式可知，由于摩擦系数μ取值范围在0.1-0.3左右，相对较小，因此，轴力的主要来源是/>中的第一项，即/>，可知初始倾角θ 1越大，则P 1允许取值越小，意味着主缓冲器越难以充分发挥缓冲吸能作用，若P 1大于上式的限制，则主缓冲器无法正常缓冲吸能。
S410、若第一压溃载荷不满足所述第一关系，在所述结构参数的取值范围内减小所述第一倾角和/或减小所述第一压溃载荷；
重复上述步骤S402到步骤S410，直至第一压溃载荷满足第一关系的同时，第二压溃载荷满足所述第三关系。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
通过上述实施例提供的方法，通过建立着陆缓冲机构的主缓冲器第一倾角、第一缓冲蜂窝的压溃载荷、第二缓冲蜂窝的压溃载荷之间的适配关系，寻找在满足着陆稳定性条件下合适的着陆缓冲机构的结构参数，使得着陆缓冲机构能够在相应的着陆冲击能量需求下，仍然能够保证安全和稳定。
下面针对本申请的具体应用场景进行说明。参见图6、图7和图8，着陆缓冲机构的具体结构包括主缓冲器100及至少两个辅缓冲器200，其中主缓冲器100和辅缓冲器200分别通过万向节连接在着陆器上。2件辅缓冲器200分别通过球铰连接在主缓冲器100上，足垫300也通过球铰与主缓冲器100连接。主缓冲器100包括主缓外筒101、主缓内筒102以及填充在主缓外筒101内的多个主缓蜂窝103组成。辅缓冲器200包括辅缓外筒201、辅缓内筒202以及填充在辅缓外筒201内的多个辅缓蜂窝203/204组成，活塞端盖位于辅缓冲器200中部，辅缓蜂窝203在辅缓冲器200长度缩短时被压缩，而辅缓蜂窝204在辅缓冲器200长度增加时被压缩。主缓内筒102与主缓外筒101滑动配合形成活塞结构，主缓内筒102受到外载荷后可以压缩主缓蜂窝103，从而吸收缓冲能量。主缓冲器100内的多个主缓蜂窝103根据压溃载荷P及压缩行程s，按照压溃载荷从低至高的顺序设计为2-3个层级，低级蜂窝用于在着陆冲击初始时刻快速吸能、减小触地时的冲击力，高级的蜂窝用于增大吸能量，减小缓冲行程及缓冲器长度，从而尽可能的降低着陆缓冲机构的质量。
进一步的，如图9所示，为一种航天器着陆装置，该航天着陆装置包括4套着陆缓冲机构，主缓冲器100与竖直方向存在着夹角，即主缓冲器100倾角θ，该角度是为了适当增大着陆缓冲机构支撑跨度L，提升着陆稳定性。主缓冲器上方为搭载的着陆器。
图10为着陆冲击前的着陆缓冲机构的构型状态侧视图，图11为着陆冲击后的着陆缓冲机构的构型状态侧视图。通过对比图10和图11可以发现，主缓冲器100倾角θ 2明显增大，相应的辅缓冲器200长度l也随之增加，在此过程中辅缓冲器200内部的辅缓蜂窝204被压缩，从而吸收着陆冲击能量。因此，辅缓冲器200的吸能受限于构型变化情况，具体为辅缓冲器200长度l的变化量值，l变化量大，则辅缓冲器200吸能大，反之l变化量小，则辅缓冲器200吸能小，而l又是θ的函数，所以，辅缓冲器200吸能取决于θ变化情况。
对于辅缓冲器200而言，辅缓冲器200在着陆冲击前后的长度变化量与辅缓蜂窝203及204变形量之间关系为：
辅缓冲器200的辅缓蜂窝203及204可用总变形量应满足不小于/>，即：
满足上式可用，即满足超行程现象，从而避免出现辅缓冲器200断裂破坏问题。
由于l可以表示为θ的函数l(θ)，因此辅缓冲器200的吸能量W可以进一步表示为以θ为变量的积分函数：
其中，θ 1、θ 2分别为着陆冲击前后的主缓冲器倾角值；m为着陆器质量；
v H为着陆器的水平速度。
本申请上述实施例提出了一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的方法，综合考虑了着陆冲击过程中构型变化对缓冲吸能的影响，可以保证主、辅缓冲器有效发挥缓冲作用，避免吸能不足、机构破坏问题。同时，给出了综合构型变化及缓冲吸能的主、辅缓冲器蜂窝压溃载荷的匹配设计依据，可使着陆冲击初始时刻主缓冲器低级蜂窝快速吸能，又可在着陆冲击终了时刻实现机构的构型平衡，保证着陆冲击后对探测器的稳定支撑。
并且，上述实施例通过构型变化的解析公式，充分考虑着陆稳定性及输出载荷的要求，不需复杂的仿真分析即可完成着陆缓冲机构的构型及缓冲吸能设计，提升了设计效率。
对应于上文实施例所述的一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的方法，图12示出了本申请实施例提供的一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。
参照图12，该装置包括：
参数取值范围计算模块，用于根据着陆稳定性需求基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的取值范围，结构参数包括第一倾角、第一压溃载荷和第二压溃载荷，第一倾角为主缓冲器在着陆冲击前与竖直方向的夹角，第一压溃载荷为第一缓冲蜂窝结构的压溃载荷，第二压溃载荷为第二缓冲蜂窝结构的压溃载荷；
参数取值确定模块，用于根据着陆冲击能量需求，确定使得结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值，其中，第一关系为第一倾角与第一压溃载荷的关系，第二关系为第一倾角与第二倾角的关系，第三关系为第二倾角和第二压溃载荷的关系，第二倾角为主缓冲器在着陆终了时刻与竖直方向的夹角，目标取值在取值范围内。
在一种或多种实施例中，参数取值确定模块包括：
初始参数取值模块，用于根据所述着陆冲击能量需求，确定所述结构参数的初始取值，所述初始取值在所述取值范围内；
参数取值调整模块，用于调整初始取值直至调整后的初始取值满足第一关系、第二关系和第三关系，满足第一关系、第二关系和第三关系的调整后的初始取值为所述目标取值。
在一种或多种实施例中，参数取值调整模块包括：
第二倾角计算子模块，用于根据第二关系和第一倾角，计算第二倾角；
第一判断子模块，用于根据第二倾角判断第二压溃载荷满足第三关系；
第一调整子模块，用于当第二压溃载荷不满足第三关系，在结构参数的取值范围内减小第一倾角和/或增大第二压溃载荷；
第二判断子模块，用于根据第一倾角判断第一压溃载荷满足第一关系；
第二调整子模块，用于当第一压溃载荷不满足第一关系，在结构参数的取值范围内减小第一倾角和/或减小第一压溃载荷；
迭代子模块，用于控制上述子模块对参数进行迭代调整，直至第一压溃载荷满足第一关系的同时，第二压溃载荷满足第三关系。
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种网络设备，该网络设备包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在移动终端上运行时，使得移动终端执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的方法，所述着陆缓冲机构包括一个主缓冲器，所述主缓冲器包括第一缓冲蜂窝结构和第二缓冲蜂窝结构，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
根据着陆稳定性需求确定所述着陆缓冲机构的结构参数的取值范围，所述结构参数包括第一倾角、第一压溃载荷和第二压溃载荷，所述第一倾角为所述主缓冲器在着陆冲击前与竖直方向的夹角，所述第一压溃载荷为所述第一缓冲蜂窝结构的压溃载荷，所述第二压溃载荷为所述第二缓冲蜂窝结构的压溃载荷；
根据着陆冲击能量需求，确定使得所述结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值，其中，所述第一关系为所述第一倾角与所述第一压溃载荷的关系，所述第二关系为所述第一倾角与第二倾角的关系，所述第三关系为所述第二倾角和所述第二压溃载荷的关系，所述第二倾角为所述主缓冲器在着陆终了时刻与竖直方向的夹角，所述目标取值在所述取值范围内。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定使得所述结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值，包括：
根据所述着陆冲击能量需求，确定所述结构参数的初始取值，所述初始取值在所述取值范围内；
调整所述初始取值直至调整后的初始取值满足所述第一关系、所述第二关系和所述第三关系，满足所述第一关系、所述第二关系和所述第三关系的调整后的初始取值为所述目标取值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调整所述初始取值直至调整后的初始取值满足所述第一关系、所述第二关系和所述第三关系，包括：
根据所述第二关系和所述第一倾角，计算所述第二倾角；
根据所述第二倾角判断所述第二压溃载荷满足所述第三关系；
若所述第二压溃载荷不满足所述第三关系，在所述结构参数的取值范围内减小所述第一倾角和/或增大所述第二压溃载荷；
根据所述第一倾角判断所述第一压溃载荷满足所述第一关系；
若所述第一压溃载荷不满足所述第一关系，在所述结构参数的取值范围内减小所述第一倾角和/或减小所述第一压溃载荷；
重复上述步骤，直至所述第一压溃载荷满足所述第一关系的同时，所述第二压溃载荷满足所述第三关系。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一关系为：
，
其中，P 1为所述第一压溃载荷，N为冲击载荷，μ为摩擦系数，θ 1为所述第一倾角。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述着陆缓冲机构还包括至少两个辅缓冲器，所述辅缓冲器包括至少两级辅缓冲蜂窝，所述方法还包括：
根据着陆冲击前的辅缓冲器长度、着陆终了时刻的辅缓冲器长度、每级缓冲蜂窝的压溃载荷和每级缓冲蜂窝的缓冲行程，计算所述辅缓冲器的吸能总量；
根据辅缓冲器的吸能总量，确定所述第二关系。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述辅缓冲器的吸能总量满足：
；
其中，l 1为所述着陆冲击前的辅缓冲器长度，l 2为所述着陆终了时刻的辅缓冲器长度，P i为所述每级缓冲蜂窝的压溃载荷，S i为所述每级缓冲蜂窝的缓冲行程。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二关系为：
；
其中，θ 2为所述第二倾角。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第三关系为：
。
9.一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的装置，所述着陆缓冲机构包括一个主缓冲器，所述主缓冲器包括第一缓冲蜂窝结构和第二缓冲蜂窝结构，其特征在于，所述装置包括：
参数取值范围计算模块，用于根据着陆稳定性需求确定所述着陆缓冲机构的结构参数的取值范围，所述结构参数包括第一倾角、第一压溃载荷和第二压溃载荷，所述第一倾角为所述主缓冲器在着陆冲击前与竖直方向的夹角，所述第一压溃载荷为所述第一缓冲蜂窝结构的压溃载荷，所述第二压溃载荷为所述第二缓冲蜂窝结构的压溃载荷；
参数取值确定模块，用于根据着陆冲击能量需求，确定使得所述结构参数满足第一关系、第二关系和第三关系的目标取值，其中，所述第一关系为所述第一倾角与所述第一压溃载荷的关系，所述第二关系为所述第一倾角与第二倾角的关系，所述第三关系为所述第二倾角和所述第二压溃载荷的关系，所述第二倾角为所述主缓冲器在着陆终了时刻与竖直方向的夹角，所述目标取值在所述取值范围内。
10.一种基于缓冲器倾角变量确定着陆缓冲机构参数的设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述的方法。
11.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的方法。
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