基于感应磁阻尼原理的微重力着陆缓冲器研究

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小行星具有地球上罕见的资源及矿物质,因而其开发和利用对全人类乃至全社会的发展与进步都具有十分重要的意义。继月球、火星探测相继成功后,人类将探测领域扩大至小行星。实施整个探测计划的首要环节是软着陆,对整个深空探测事业的发展意义重大。传统的探测器着陆缓冲主要是采用缓冲气囊、铝蜂窝结构材料塑性变形等方式。但对于重力加速度相对较小的小行星,气囊的弹力或缓冲材料的塑性变形阻力相对较大,足以把小行星着陆器反弹回太空当中。除此之外,传统的阻尼材料在真空环境下与着陆腿之间摩擦,极易出现冷焊现象。因此,应尽量避免阻尼材料与着陆腿之间相互接触摩擦。基于以上原因,小行星探测应重点考虑采用一种非接触式阻尼方式以实现着陆器在小行星表面软着陆。本文首先结合国内外在火星、月球以及小天体(包括小行星和彗星)探测方面取得的研究状况,提出采用感应磁阻尼原理为主要原理的缓冲方式;其次,进行圆柱形永磁体在金属管中竖直下落时的阻尼力理论研究,并且对金属管壁厚、长度、内径等因素与阻尼系数的数量关系进行研究;然后设计感应磁阻尼缓冲装置,并对其进行动力学仿真研究,通过Adams仿真软件在计算机上模拟着陆器在小行星上着陆的过程;最后,进行微重力环境下感应磁阻尼缓冲实验装置的设计与制造工作,并最终进行缓冲实验。感应磁阻尼的缓冲效果微弱,因此如果应用在引力相对较大的天体进行着陆缓冲,其效果将十分有限。但应用到引力极其弱小的小行星或彗星着陆缓冲上,将起到十分理想的作用。
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