[发明专利]一种着陆冲击试验装置及其试验方法

说明书

本发明公开了一种着陆冲击试验装置，以及利用该试验装置进行着陆冲击试验的方法。其中，该装置包括试验架、悬挂装置、击发控制装置、定滑轮、钢索、电机、着陆床和试验舱体。本发明根据能量守恒定律，通过调节试验舱体的离地高度和摆角，从而使得试验舱体投放后将势能转换成动能，获得设定的试验舱体垂直下落速度和水平速度，并通过调整工装设定试验舱体的姿态，而其着陆床可以根据不同着陆场试验要求铺设相应的着陆冲击模拟介质，使其土力学特性应符合真实着陆场的土质特性，提高试验舱体着陆冲击试验测试参数的真实性和可靠性；该方法试验方法简单，易于操作，具有承载能力强、水平速度控制范围广、姿态可控、安全系数高的特点。

技术领域

本发明涉及力学试验技术领域，特别涉及一种着陆冲击试验装置及其试验方法，适用于各类航天器、航空器等各类飞行器的着陆冲击试验。

背景技术

航天器在着陆过程中要承受着陆冲击，冲击载荷会给舱内人员和设备带来一定程度的损坏。为了确保器上人员和设备的安全，需要通过着陆冲击试验获取试验数据，并对试验数据进行分析，研究航天器对着陆冲击的响应程度，获得着陆冲击的关键性能和数据，验证航天器结构设计、缓冲装置机构设计的冲击衰减性能，对其着陆安全性做出评价。

在国内现有的方法中，如《铁路机车车辆部件冲击试验方法》(TB/T2988-2000)，是适用于重量不大于100kg的车辆部件在冲击试验台上进行的常规的冲击试验方法。

在航空、航天领域，如《航天器组件环境试验方法第7部分：冲击试验》(Q/W50.7A-2007)，基本属于环境试验，是在实验室内通过电动振动台系统、冲击响应谱模拟设备、控制系统、测量和数据处理系统来完成的，与本发明有本质区别。

在我国实施载人航天工程之前，只有美国和前苏联实现了载人航天飞行。对于不同的航天器，如猎户座多功能乘员舱(MPCV)与阿波罗指令舱(CM)采用了不同的着陆冲击试验方法，模拟水上溅落或发射阶段应急逃逸进行的着陆冲击试验，再加上当时美、俄对我国的技术保密，没有针对模拟载人飞船返回舱陆上着陆的着陆冲击试验方法的技术细节进行论述。

查阅NASA TN D-6979(《APOOLO COMMAND MODULE LAND-IMPACT TESTS》)，文章分析认为，阿波罗飞船从肯尼迪发射中心(KSC)发射，在发射中的前40s内发生故障进行应急逃逸时，受到从东面吹来气流的影响，在近海岸进行着陆的可能性为83％。因此，于1967年在NASA的飞船控制指挥中心(MCS)进行了验证阿波罗指令舱着陆性能的试验。通过对KSC发射平台邻近海岸地貌结构的调查，从水分含量、内摩擦角和粘度进行分析，建立着陆冲击试验床。在MSC建造了冲击试验设备，采用充气弹射装置，可将模拟真实飞船的全尺寸指令舱模型水平速度达到65fps，垂直速度达到40fps。充气弹射装置安装在大约100ft，带有单轨和2个加速装置的开放式框架结构上，单轨上悬挂带有滚轮的电动小车，姿态通过调节电动小车和其上的索具预先设置。通过200路通道的测量设备采集数据进行分析。该装置结构复杂，设计难度高，费用高，我国在九十年代初的技术条件和经济条件下很难实现。而且两者的设计方案完全不同。