火星進入降落傘下降段動力學仿真分析.pdf

1、火星進入段（Entry,Descent andLanding）是整個火星探測任務中技術難度最大、失敗率最高的階段，火星進入段分為大氣進入段、降落傘下降段、動力下降段和著陸段四個階段，其中降落傘下降段是決定整個探測任務成敗與否最為重要的一環(huán)，很多探測任務的失敗都是發(fā)生在降落傘下降段。降落傘下降段探測器首先彈出降落傘，之后經歷傘繩拉伸、充氣、喘振和穩(wěn)定下降等階段，接著防熱罩與探測器分離以打開雷達，為動力下降段提供位置和速度的導航，在預定高度

2、背罩和著陸器分離，著陸器進入動力下降段進一步減速，為安全著陸做好準備。
　　作為傘降段的兩個重要技術操作，防熱罩分離和背罩分離成為傘降段設計的關鍵環(huán)節(jié)。由于防熱罩分離期間復雜的氣動耦合，導致在防熱罩短期分離期間防熱罩和著陸器-背罩組合體之間存在吸引力的作用，給防熱罩分離帶來了困難；同樣由于防熱罩和著陸器-背罩組合體之間不同的質量和氣動特性，兩者的彈道系數(shù)不同，需要設計合適的彈道系數(shù)差使得兩者可以實現(xiàn)正分離。在背罩分離期間，由于速度

3、較小，氣動耦合沒有防熱罩分離明顯，同時背罩分離著陸器的質量遠大于背罩質量，再加上降落傘對背罩的減速作用，使得兩者之間的彈道系數(shù)差始終滿足正分離的要求，所以背罩分離只需要選擇合適的觸發(fā)參數(shù)滿足動力下降段對于初始條件的約束。
　　為了分析傘降段的動力學規(guī)律，本文建立了傘艙組合體的六自由度剛柔耦合動力學模型，包括探測器模型和降落傘在不同階段（傘繩拉伸、充氣、喘振、完全充氣）的模型；然后對傘艙組合體的動力學特性進行了分析，通過對總傘繩力和

4、降落傘擺角之間的關系進行研究，得出在不同降落傘擺角下傘繩的受力規(guī)律；并通過蒙特卡洛打靶對總傘繩力進行了分析，計算出總傘繩力的大小和單根吊帶受力的最大值，同時通過總傘繩力和單根吊帶受力的統(tǒng)計分析，得出總傘繩力和單根吊帶受力的分布規(guī)律，此外對與艙體動力學特性相關的參量也進行了統(tǒng)計分析；之后對防熱罩分離和背罩分離的觸發(fā)方式進行了分析，提出了可用馬赫數(shù)攝動區(qū)間和需用馬赫數(shù)攝動區(qū)間的概念，結合安全性判據(jù)給出了三種不同防熱罩分離觸發(fā)方式的設計方法，