基于多工况的新型着陆器软着陆性能优化

《基于多工况的新型着陆器软着陆性能优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2017年4月第43卷第4期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2017V01．43No．4http：／／bhxb．buaa．edu．CBjbuaa@buaa．edu，cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0296基于多工况的新型着陆器软着陆性能优化吴宏宇1，王春洁1’2一，丁建中1，满剑锋1’3，罗敏3(1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083；2．北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室，北京100083；3．北京空间飞行器

2、总体设计部，北京100094)摘要：以新型腿式着陆器为研究对象，建立其刚柔耦合动力学分析模型，实现着陆器软着陆过程的仿真。通过仿真计算，确定着陆器最易翻倒、底面最易与星球表面岩石碰撞、主体承受最大碰撞力的3组恶劣着陆工况。分析着陆器缓冲机构构型选取设计变量，基于仿真得到的3组恶劣工况，应用第二代非劣排序遗传算法(NSGA—lI)实现着陆器软着陆性能的优化，优化目标为增强着陆器抗翻倒能力、降低着陆器底面与星球表面岩石碰撞的可能性、降低着陆器主体最大受力值。将优化所得参数代入模型重新进行仿真，着陆器不再发生翻倒，着陆平台底面与星球表面最小距离提高4．2％，主体最大受力值降低12．1％。关键

3、词：腿式着陆器；刚柔耦合模型；动力学分析；软着陆性能；多目标优化中图分类号：V423．6文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)04—0776—06我国已完成着陆器软着陆月球表面并利用自动探测机器人对月球进行探测⋯。作为航天大国，我国未来将陆续开展其他星球的探测工程嵋。。腿式着陆器作为常用的着陆缓冲装置，对月球之外其他星球进行探索还可能用到该装置。31，因此必须对腿式着陆器持续进行研究。为了检验腿式着陆器的软着陆性能并减少物理样机试验的成本，开展着陆模拟试验的动力学仿真显得尤为重要。由于着陆器的软着陆性能直接决定探测器能否安全抵达星球表面”o，对着陆器的软着陆性能进行优化

4、成为设计阶段必不可少的环节。文献[5-9]提出了着陆器的动力学分析方法，给出对软着陆性能影响较大的因素。文献[10]提出月球着陆缓冲器刚柔耦合模型的建模与分析方法。文献[11]运用响应面法，对单一工况下月球着陆器的软着陆性能进行了多目标优化。以上研究内容局限于着陆器单个性能指标或单一工况下多个性能指标的改进。相比于月球，其他星球的环境更加难以预测¨⋯，着陆器各性能指标可能不在同一工况下达到最差，有必要在多组工况下，对着陆器多个性能指标进行优化。本文建立了新型腿式着陆器的刚柔耦合动力学分析模型。探索着陆器最易翻倒、底面最易与星球表面岩石碰撞、主体承受最大碰撞力时对应的着陆工况。基于以上3

5、组工况，以增强着陆器抗翻倒能力、降低着陆器主体底面与星球表面岩石碰撞的可能性、降低着陆器主体受力为目标进行优化设计。应用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)寻优，得到的优化结果明显提高了着陆器的软着陆性能。1着陆器刚柔耦合动力学模型1．1新型腿式着陆器构型本文研究的新型着陆器包括主体结构和4套收稿日期：2016-04-14；录用日期：2016-05·13；网络出版时间：2016-05，1817：28网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160518．1728．001．html}通讯作者：E-mail：wangcj@buaa．edu．

6、cn引用格式：吴宏字，王春洁，丁建中，等．基于多工况的新型着陆器欺着陆性能优化EJ]．北京航空航天大学学报，2017，43似)：776．781，WUHY，WANGCJ，DINGJZ，eta1．Softlandingperformanceoptimizationfor力ovejlanderbasedO／1muhipleworkingcon．ditionsI】]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(4)：776—781(inChinese)．第4期吴宏宇，等：基于多工况的新型着陆器软着陆性能优化777

7、对称分布的着陆缓冲机构。主体在动力学分析中作为负载，着陆缓冲机构用于吸收着陆器着陆过程产生的冲击力，每套缓冲机构由主支柱、辅助支柱、足垫和外部缓冲件组成，如图1所示。主支柱起支撑作用；辅助支柱由内、外简和缓冲元件组成，内、外筒之间存在缓冲元件，用于吸收压缩载荷；足垫用来增大着陆器与星球土壤的接触面积，防止着陆时着陆腿过度下陷；外部缓冲件与主体固连，当主支柱受到较大冲击力时，外部缓冲件间接受力，发生弯曲变形，进而产生缓冲弯矩，吸收冲击能量，防止主