半主动控制月球着陆缓冲机构设计技术_王宸，陈金宝，聂宏著_9787566137708

　　《半主动控制月球着陆缓冲机构设计技术》是一部系统论述新型半主动控制月球着陆缓冲机构设计理论与技术的专著。在概述现有被动式月球着陆缓冲机构类别、特点及国内外相关研究成果的基础上，指出了现有被动式月球着陆缓冲机构存在的局限性，系统地阐述了半主动控制月球着陆缓冲的机构设计方法、半主动控制方法、着陆动力学仿真分析方法和原理样机落震试验方法，这为相关领域的研究人员提供了全面、系统的研究方向和研究思路。
　　《半主动控制月球着陆缓冲机构设计技术》可供从事航空航天飞行器着陆缓冲、车辆碰撞缓冲等相关研究领域的工程技术人员、学者及相关专业的研究生参考。

　　月球是距离地球最近的天体，自古以来便是人类探索太空的起点。月球着陆器能否在着陆过程中完成对冲击能量的吸收进而稳定着陆，是整个探月项目中最为关键的环节。然而，现有着陆器不能适应复杂的着陆环境，也不能在着陆过程中对突发的未知状况进行调整。尽管一些研究人员提出了半主动控制月球着陆器的设计构想，但对于半主动控制的磁流变液月球着陆器的详细结构设计和实际工况下着陆的研究仍相对较少。本书提出了一种新型的基于半主动控制的磁流变液月球着陆器，该着陆器将一个磁流变液阻尼器作为主支柱，用于吸收着陆过程中的冲击能量。针对着陆器主支柱内磁流变液的流体动力学特性推导出其阻尼力理论模型，并根据推导出的阻尼力理论模型提出了着陆器半主动控制方案。在该控制方案中，通过控制电流实现对着陆器主支柱阻尼力和着陆器机体姿态的控制，以适应复杂的着陆环境和解决着陆过程中可能产生的突发状况，实现着陆器的稳定着陆。
　　本书建立了传统铝蜂窝和新型基于半主动控制的磁流变液月球着陆器的多体动力学仿真模型，对两者的着陆性能和对着陆环境的适应能力进行了对比分析。分析结果表明，本书所提出的新型基于半主动控制的磁流变液月球着陆器，一是在质心加速度响应的极限工况下，机体的最大质心加速度降低了12.7%；二是在主支柱压缩的极限工况下，主支柱最大压缩行程降低了4%；三是在对接环与月壤最小距离的极限工况下，着陆器对接环与月壤最小距离增加了4%；四是在倾倒的极限工况下，有效地增加了机体质心与翻倒墙之间的距离。在以上四种典型的极限工况下，新型基于半主动控制的磁流变液月球着陆器的主要性能参数均有出色的提升。同时，相比于传统铝蜂窝月球着陆器，新型基于半主动控制的磁流变液月球着陆器能够在更倾斜的月面、更大范围的月壤摩擦系数下进行着陆，对于着陆环境有着更好的适应能力。
　　本书分析了稳态和着陆高速冲击瞬态下着陆器主支柱内磁流变液的流体动力学特性，并对其理论模型和流固耦合仿真结果进行了分析对比。在Abaqus中建立了耦合欧拉一拉格朗日模型（CEL），进行了流固耦合仿真，并将其仿真结果与所推导的理论模型进行分析比较。在准静态恒定低速运动时，流固耦合仿真得到的阻尼力与推导的阻尼力理论模型相吻合；在实际着陆的高速冲击运动下，由于主支柱内磁流变液发生短暂的非定常流动，流固耦合仿真得到的阻尼力相比理论模型波动更大，其波峰值也更大。为了获得更轻且着陆性能更为优异的着陆器主支柱，采用响应面法（RSM）对主支柱结构进行优化设计。优化后的模型，不但质量降低了16.070-/0，而且阻尼力波动更小。
　　本书建立了主支柱的电磁耦合仿真模型，得到了所提出的半主动控制方案中不同控制电流作用下的可控阻尼力。通过对仿真结果进行分析得到，在所需可控阻尼力较小的控制方案中，控制电流的收益很高，控制电流的增加量与磁流变液（MRF）的屈服应力增加量呈线性关系。随着所需可控阻尼力的增加，控制电流的增加量不再与MRF的屈服应力增加量呈线性关系，MRF逐渐达到磁饱和。最后以Lord公司生产的RD-8041-1磁流变液阻尼器为研究对象，搭建了磁流变液阻尼器落震实验系统。该实验系统通过不同配重质量、不同高度、不同电流下的落震仿真和落震实验，验证了利用磁流变液阻尼器进行着陆冲击吸能的可行性，并且验证了通过改变控制电流能够显著调节其对落震冲击能量的缓冲吸收能力。
　　本书在撰写过程中，可能存在疏漏与不足之处，请广大读者指正。

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