火星進(jìn)入降落傘下降段動(dòng)力學(xué)仿真分析.pdf

1、火星進(jìn)入段（Entry,Descent andLanding）是整個(gè)火星探測任務(wù)中技術(shù)難度最大、失敗率最高的階段，火星進(jìn)入段分為大氣進(jìn)入段、降落傘下降段、動(dòng)力下降段和著陸段四個(gè)階段，其中降落傘下降段是決定整個(gè)探測任務(wù)成敗與否最為重要的一環(huán)，很多探測任務(wù)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(jīng)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(dá)，為動(dòng)力下降段提供位置和速度的導(dǎo)航，在預(yù)定高度

2、背罩和著陸器分離，著陸器進(jìn)入動(dòng)力下降段進(jìn)一步減速，為安全著陸做好準(zhǔn)備。
　　作為傘降段的兩個(gè)重要技術(shù)操作，防熱罩分離和背罩分離成為傘降段設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于防熱罩分離期間復(fù)雜的氣動(dòng)耦合，導(dǎo)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(zhì)量和氣動(dòng)特性，兩者的彈道系數(shù)不同，需要設(shè)計(jì)合適的彈道系數(shù)差使得兩者可以實(shí)現(xiàn)正分離。在背罩分離期間，由于速度

3、較小，氣動(dòng)耦合沒有防熱罩分離明顯，同時(shí)背罩分離著陸器的質(zhì)量遠(yuǎn)大于背罩質(zhì)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(dòng)力下降段對于初始條件的約束。
　　為了分析傘降段的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，本文建立了傘艙組合體的六自由度剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了分析，通過對總傘繩力和

4、降落傘擺角之間的關(guān)系進(jìn)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(jìn)行了分析，計(jì)算出總傘繩力的大小和單根吊帶受力的最大值，同時(shí)通過總傘繩力和單根吊帶受力的統(tǒng)計(jì)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(dòng)力學(xué)特性相關(guān)的參量也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析；之后對防熱罩分離和背罩分離的觸發(fā)方式進(jìn)行了分析，提出了可用馬赫數(shù)攝動(dòng)區(qū)間和需用馬赫數(shù)攝動(dòng)區(qū)間的概念，結(jié)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(shè)計(jì)方法，