技术领域
[0001] 本
发明涉及深空探测技术领域，具体涉及一种着陆器稳定性试验方法。
背景技术
[0002] 着陆器是我国首次在地球以外的星球实现软着陆的
航天器，稳定且可靠的软着陆是完成整个探测任务的
基础。为成功实现软着陆，必须在工程的实施过程中对软着陆技术进行地面试验验证。
[0003] 基于该需求，研发了试验用着陆器，如图1所示，试验用着陆器仿照真实着陆器的尺寸和外形设计而成，主要包括本体结构和四套着陆缓冲机构，其中本体结构包括大小相等的顶板和
底板，两者上下对称布置，并由若干连接件组成的中空舱体，顶板和底板的形状模拟了真实着陆器中心舱体的轮廓，即为四
角被切掉的正方形，该形状使着陆器具有最小的轮廓包络，由此节省航天器的空间。试验用着陆器中空舱体的4个长边对应的侧面各安装一套着陆缓冲机构；在中空舱体内，为了
支撑顶板和底板，在试验用着陆器的顶板和底板之间的中心点之间连接一根支撑杆，则着陆器的质心在该支撑杆上。
[0004] 着陆器在月面的稳定着陆由着陆缓冲机构保证，在地面进行着陆稳定性试验的目的考察月面物理
力学参数对着陆稳定性的影响、验证着陆器在给定初始条件下实现稳定着陆的能力。一般来说，着陆稳定性是指在着陆过程中着陆缓冲机构能够完全吸收冲击
能量并保证着陆器不翻倒。在着陆稳定性试验中，着陆缓冲机构对冲击能量的吸收情况通过缓冲元件的缓冲行程衡量，当试验中缓冲元件的实际行程小于设计行程则判定冲击能量被着陆缓冲机构完全吸收。由此，需要对试验用着陆器模拟真实月表重力环境和着陆器初始着陆速度与着陆
姿态的情况下对试验用着陆器进行试验，以达到对其着陆稳定性测试的目的。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种着陆器稳定性试验方法，能够对试验用着陆器进行着陆稳定性测试。
[0006] 本发明的一种着陆器稳定性试验方法，其中着陆器为具有8个侧面的试验用着陆器，其中4个两两相隔的侧面上各安装一个着陆缓冲机构，该方法包括如下步骤：
[0007] 步骤1、采用平面木板制成的倾斜着陆板作为着陆器模拟着陆的着陆面，将倾斜着陆板所在平面与
水平面成θ角放置，使θ角满足
[0008] 在倾斜着陆板上设置倾斜的坡面凸台来模拟月面上的斜坡，使坡面凸台相对于倾斜着陆板的倾斜角满足小于或等于8°的要求；
[0009] 步骤2、采用水平
导轨固定在倾斜着陆板上方，导轨的轨道方向平行于倾斜着陆板，导轨中设置滑
块，滑块左侧的导轨上固定限位块，滑块可在限位块右侧的导轨里自由滑动；
[0010] 步骤3、根据着陆器的着陆方式判断所采用吊挂方式后，采用包括一条主吊绳和4条分吊绳的吊绳对着陆器进行吊挂：
[0011] 当采用相邻两个着陆缓冲机构先着陆、另外两个着陆缓冲机构后着陆的着陆方式时，所述4条分吊绳的一端分别固定连接在任意相邻两着陆缓冲机构之间的着陆器舱体侧面的4个点上；
[0012] 当采用一个着陆缓冲机构先着陆、其相邻两个着陆缓冲机构和与其相对的一个着陆缓冲机构先后着陆的着陆方式时，所述4条分吊绳的一端分别固定连接在着陆器任意一个着陆缓冲机构所在侧面的4个点上；
[0013] 当采用上述两种吊挂方式中的任意一种时，4条分吊绳与着陆器舱体连接的4个点相对于质心对称，且4条分吊绳的另一端通过
铰链与主吊绳的一端连接在一起，主吊绳的另一端通过铰链与滑块固连；当吊绳被处于自由下垂状态的着陆器而拉紧时，主吊绳所在直线通过着陆器质心；
[0014] 步骤4、采用两条摆绳对着陆器的着陆姿态进行调整，具体方法为：将两条摆绳的一端固连到着陆器顶板上表面与质心对称的两个点上，且保证该两点连线同时平行水平面和倾斜着陆板，两条摆绳另一端分别连接在收放机构上；通过收放机构分别调节两条摆绳的长度，由此调节着陆器顶板相对于倾斜着陆面的角度；移动所述滑块紧贴所述限位块后令着陆器自然下垂，此时吊绳平行于倾斜着陆板，控制收放机构收紧两条摆绳，将着陆器拉离到使主吊绳平行于倾斜着陆板的
位置，同时保证主吊绳与过着陆器质心的竖直线所成平面与倾斜着陆板垂直，此时着陆器的位置记为平衡位置；
[0015] 在每条摆线上各安装一个分离火工品，用于被起爆同时切断摆线；
[0016] 步骤5、在处于平衡位置的着陆器下方设置到位触发装置：
[0017] 所述到位触发装置包括继电器J4、直流电源和两套光电触发机构，每一套光电触发机构均包括继电器、光电
传感器和激光发射器；
光电传感器从激光发射器接收的激光被遮挡后，光电传感器
开关闭合，继而继电器线包通电，驱动继电器弹片闭合；所述两套光电触发机构中的2个继电器的弹片与继电器J4的线包
串联后，再与直流电源串接在一起形成光电触发回路；继电器J4的弹片两
端子与两个分离火工品相连，当弹片闭合后向分离火工品发送起爆
信号；其中所述两套光电触发机构中的激光光线位于可被处于平衡位置的着陆器上的两条摆线分别遮挡的位置；
[0018] 步骤6、采用水平拉绳固连在着陆器质心上，用于将着陆器拉离平衡位置到所述平衡位置左侧的初始位置；
[0019] 采用6个拍摄速度至少为500
帧/秒的摄像机放置在着陆器周围，其中4个摄像机分别获取4个着陆缓冲机构在着陆器着陆过程中的缓冲行程；其中1个摄像机用来获得着陆器的运动轨迹和速度；最后一个摄像机用来获得着陆器的姿态；
[0020] 步骤7、启动6台摄像机后释放水平拉绳，着陆器从初始位置运动到平衡位置后再着陆到倾斜着陆板的过程中，摄像机对着陆器的运动过程进行拍摄，得到用作稳定性分析的图像数据。
[0021] 在所述步骤1中，当模拟着陆器在月球表面正常着陆情况时，在倾斜着陆板上先后粉刷油漆和
铝粉，使倾斜着陆板相对于着陆器足垫的
摩擦系数与月表对着陆器足垫的摩擦系数大小一致，该摩擦系数取0.4。
[0022] 在所述步骤1中，当模拟着陆器着陆时有障碍物阻挡其
滑行的恶劣着陆情况时，在倾斜着陆板板上铺设尼龙搭扣的绒带，在着陆器着陆缓冲机构的足垫底部铺设尼龙搭扣的钩带。
[0023] 处于平衡位置时的着陆器与倾斜着陆板之间的距离满足：当水平拉绳和两条摆绳先后断开后，着陆器运动到倾斜着陆板时相对于倾斜着陆板的垂直速度为3.8m/s。
[0024] 所述初始位置与平衡位置之间的距离满足：当放开水平拉绳后着陆器做回复运动到平衡位置时，着陆器平行于倾斜着陆板的水平速度为1m/s。
[0025] 所述到位触发装置还包括一套位于所述两套光电触发机构右侧的光电触发机构，其中的继电器J3的线包串接在所述光电触发回路中，其中的光电传感器为常闭状态，其中的激光光线可被通过平衡位置继续向右运动的两条摆绳中的任意一条遮挡，当激光光线被遮挡后，继电器J3的线包断电，弹片断开，则继电器J4的弹片断开，光电触发回路停止向分离火工品发射起爆信号。
[0026] 本发明的一种着陆器稳定性试验方法，具有如下有益效果：
[0027] 1）、通过采用一个具有 倾斜角的倾斜着陆板作为着陆器的着陆面，采用过着陆器质心的吊绳吊挂着陆器在倾斜着陆面上进行着陆试验，使着陆器获得了与在月表相同的重力，由此使得地表试验真实模拟月面真实重力环境；同时该方法具有原理简单容易实现的特点；
[0028] 2）、通过在倾斜着陆板上铺设尼龙搭扣和粉刷油漆和铝粉模拟月壤对着陆器足垫的
摩擦力大小，使本发明的稳定性试验更加真实模拟月球表面的重力环境和自然环境，由此提高试验真实性和试验数据的准确性；
[0029] 3）通过采用水平拉绳和摆绳将着陆器拉离平衡位置并进行依次释放，由此使着陆器获得真实在轨着陆时相对于月表的水平速度和垂直速度；通过在着陆器顶板上设置两条摆绳来调整着陆器相对于倾斜着陆板的夹角，使得整个稳定性试验真实模拟着陆器的着陆速度和着陆姿态，为试验提供更真实准确的结果以供分析和评估。
附图说明
[0030] 图1为
现有技术中的试验用着陆器结构示意图；
[0031] 图2为本发明的用于着陆器稳定性试验的吊挂释放系统结构示意图。
[0032] 图3（a）为本发明的吊绳与着陆器其中一种连接方式的结构示意图。
[0033] 图3（b）为本发明的吊绳与着陆器另一种连接方式的结构示意图。
[0034] 图4为本发明的用于着陆器稳定性试验的吊挂释放系统的工作过程原理图；
[0035] 图5为本发明的着陆器在平衡位置的受力示意图。
[0036] 图6为本发明的到位触发装置的原理图。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图并举
实施例，对本发明进行详细描述。
[0038] 本发明提供了一种着陆器稳定性试验方法包括如下试验步骤：
[0039] 步骤1、如图2所示，采用平面木板作为倾斜着陆板，将倾斜着陆板与水平面成θ角放置，且θ角满足
[0040] 在倾斜着陆板上设置倾斜的坡面凸台来模拟月面上的斜坡，由于月表斜坡的角度一般最大不超过8°，因此要求在倾斜着陆板上设置的坡面凸台相对于倾斜着陆板的倾斜角小于或等于8°；
[0041] 步骤2、采用水平导轨固定在倾斜着陆板上方，导轨的轨道方向平行于倾斜着陆板，导轨中设置滑块，为防止滑块向左侧自由滑动，滑块左侧的导轨上设置限位块，滑块可在限位块右侧的导轨里自由滑动；
[0042] 步骤3、着陆器在月表着陆时，根据其姿态和速度等因素，导致着陆器可能有两种着陆方式，一种为着陆器的两个相邻的着陆缓冲机构先着陆，另外两个着陆缓冲机构后着陆；另一种着陆方式是：着陆器的其中一个着陆缓冲机构先着陆，与其相邻的两个着陆缓冲机构再着陆，最后一个着陆缓冲机构最后着陆，两种着陆方式完全不同，因此，对于着陆器的着陆稳定性要求也不同，基于此，为了全面考虑着陆器在月表着陆条件同时对着陆器稳定性进行综合测试，在本发明的稳定性试验中，根据着陆器的着陆方式判断所采用吊挂方式后，采用包括一条主吊绳和4条分吊绳的吊绳对着陆器进行吊挂：
[0043] 如图1所示的着陆器的结构示意图，着陆器为具有8个侧面的试验用着陆器，4个具有较大面积的侧面上各安装一套着陆缓冲机构，当采用相邻两个着陆缓冲机构先着陆、另外两个着陆缓冲机构后着陆的着陆方式时，所述4条分吊绳的一端分别固定连接在任意相邻两着陆缓冲机构之间的着陆器舱体侧面的4个点上，如图3(a)所示，当采用该吊挂方式将着陆器吊起时，着陆器的两个相邻的着陆缓冲机构朝向其运动的前方，两外两个着陆缓冲机构在后，如此，当着陆器被释放开始运动后，前、后两对着陆缓冲机构先后着陆，可达到对该种着陆方式测试的目的。
[0044] 当采用一个着陆缓冲机构先着陆、其相邻两个着陆缓冲机构和与其相对的一个着陆缓冲机构先后着陆的着陆方式时，所述4条分吊绳的一端分别固定连接在着陆器任意一个着陆缓冲机构所在侧面的4个点上，如图3(b)所示，当采用该吊挂方式将着陆器吊起时，着陆器的其中一个着陆缓冲机构位于着陆器运动方向的最前方，中间两个着陆缓冲机构位于中部，最后一个着陆缓冲机构位于后方，着陆时，位于前方、中部和后方的着陆缓冲机构依次着陆，可达到对该种着陆方式测试的目的。
[0045] 在上述采用的任一种吊挂方式中，4条分吊绳与着陆器舱体连接的4个点相对于质心对称，且4条分吊绳的另一端通过铰链与主吊绳的一端连接在一起，主吊绳的另一端通过铰链与滑块固连；当吊绳被着陆器自然下垂而拉紧时，主吊绳所在直线通过着陆器质心。
[0046] 步骤4、采用两条摆绳对着陆器的着陆姿态进行调整，具体方法为：将两条摆绳的一端固连到着陆器顶板上表面与质心对称的两个点上，两条摆绳另一端分别连接在收放机构上；通过收放机构分别调节两条摆绳的长度，由此调节着陆器顶板相对于倾斜着陆面的角度，最终使着陆器获得一定的着陆姿态；移动滑块紧贴限位块后令着陆器自然下垂，此时主吊绳平行于倾斜着陆板；控制收放机构收紧两条摆绳，将着陆器拉离到使主吊绳平行于倾斜着陆板的位置，同时使主吊绳与过着陆器质心的竖直线所成平面与倾斜着陆板垂直，此时着陆器的位置记为平衡位置；
[0047] 由于，着陆器着陆时相对于月面的垂直速度最大不超过3.8m/s，因此在平衡位置的着陆器与倾斜着陆板的距离满足：当两条摆绳断开后，着陆器运动到倾斜着陆板的速度小于3.8m/s，该垂直速度的具体数值，可根据试验要求通过调节着陆器相对于倾斜着陆板的距离来实现。
[0048] 在每条摆线上各设置一个分离火工品，用于被起爆同时切断摆线；
[0049] 步骤5、在着陆器下方设置到位触发装置：如图6所示，所述到位触发装置包括继电器J4、直流电源和两套光电触发机构，每一套光电触发机构均包括继电器、光电传感器和激光发射器；光电传感器从激光发射器接收的激光被遮挡后，光电传感器开关闭合，继而继电器线包通电，驱动继电器弹片闭合；所述两套光电触发机构中的2个继电器的弹片与继电器J4的线包串联后，再与直流电源串接在一起形成光电触发回路；继电器J4的弹片两端子与两个分离火工品相连，当弹片闭合后向分离火工品发送起爆信号；其中所述两套光电触发机构中的激光光线位于可被处于平衡位置的着陆器上的两条摆线分别遮挡的位置；当两条摆绳运动到平衡位置，两条摆绳分别遮挡两条激光光线，对应的光电传感器闭合，则继电器J4的线包通电，向两个分离火工品发出起爆信号，两个火工品引爆并断开两条摆线；
[0050] 步骤6、采用水平拉绳固连在着陆器质心上，用于将着陆器从平衡位置拉离到平衡位置左侧的初始位置；由于在轨时着陆器相对于月球表面的着陆水平速度最大不超过1m/s，因此初始位置与平衡位置之间的距离满足：当放开水平拉绳着陆器做回复运动到平衡位置时，着陆器的水平速度为1m/s，该水平速度的具体数值，可根据试验要求通过调节水平拉绳将着陆器拉离平衡位置的距离来实现。
[0051] 根据试验
精度要求，采用6个拍摄速度至少为500帧/妙的高速摄像机放置在着陆器周围，其中4个摄像机分别获取4个着陆缓冲机构在着陆器着陆过程中的缓冲行程；其中1个摄像机用来获得着陆器的运动轨迹和速度；最后一个摄像机用来获得着陆器的姿态；
[0052] 步骤7、启动6台摄像机后释放水平拉绳，如图4所示，试验用着陆器在吊绳和摆绳的拉力作用下由初始位置向平衡位置做回复运动，到达平衡位置处即可获得试验器相对倾斜着陆板的水平运动速度。
[0053] 试验用着陆器到达平衡位置后，两根摆绳切断第一套和第二套光电触发装置的激光光线，则其中的继电器J1和继电器J2闭合，由于继电器J3一直处于闭合状态，继电器J4的线包通电，弹片闭合，则向摆线上的两个分离火工品发送解
锁指令，分离火工品起爆，两根摆绳断开。
[0054] 两根摆绳断开后，试验用着陆器沿相对倾斜着陆板垂直方向做单摆运动，由于着陆器还具有水平速度，着陆器沿与倾斜着陆板垂直方向和水平方向的合力方向向倾斜着陆板运动，与着陆面
接触前获得试验器相对该面的水平速度、垂直速度和姿态，最后在倾斜着陆板上着陆。
[0055] 在着陆器离开平衡位置继续做回复运动时，着陆器拖曳吊绳偏离平衡位置，由于滑块可在导轨中自由滑动，因此，滑块跟随着陆器一起向前滑动，由此不会对着陆器的运动造成影响，即不会改变着陆器的两个方向的速度。
[0056] 在步骤1中，如果要模拟着陆器在月球表面正常着陆情况时，即着陆器着陆在相对于较平坦的着陆点时，根据现有文献的研究表明，月壤的摩擦系数一般在0.4左右，因此为真实模拟月壤的摩擦系数，采用在倾斜着陆板上先后粉刷油漆和铝粉的方法，使倾斜着陆板相对于着陆器足垫的摩擦系数为0.4。
[0057] 在步骤1中，由于月球表面分布着月球坑和石块等障碍物，在着陆器着陆时可能会着陆到月球坑，或者着陆时刚好被前方的石块等阻碍，致使着陆器着陆时不能向前滑行，相当于着陆器受到月球表面的无穷大的摩擦力，因此，为使着陆器稳定性试验真实模拟月面环境，当稳定性试验模拟着陆器着陆时有障碍物阻挡其滑行的恶劣着陆情况时，在倾斜着陆板板上铺设尼龙搭扣的绒带，在着陆器的足垫底部铺设尼龙搭扣的钩带，当着陆器着陆时，尼龙搭扣的绒带和钩带粘连在一起，由此可模拟月球表面对于着陆器足垫的无穷大的摩擦系数。
[0058] 需要说明的是，当摆绳切割第三套光电触发装置中的激光光线时，继电器J3断开，则继电器J4的线包断电，停止向分离火工品发送信号，即控制
电路中的继电器断电。
[0059] 在上述着陆器从初始位置运动到平衡位置后再运动到倾斜着陆板的过程中，六台摄像机对着陆器的运动过程进行拍摄，得到用作稳定性分析的图像数据。
[0060] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
