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着陆器变阻尼缓冲器性能分析及参数优化

刘学翱 吴宏宇 王春洁 丁宗茂 丁建中

刘学翱, 吴宏宇, 王春洁, 等 . 着陆器变阻尼缓冲器性能分析及参数优化[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(10): 2149-2155. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0805
引用本文: 刘学翱, 吴宏宇, 王春洁, 等 . 着陆器变阻尼缓冲器性能分析及参数优化[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(10): 2149-2155. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0805
LIU Xueao, WU Hongyu, WANG Chunjie, et al. Performance analysis and parameter optimization of lander with variable damping buffer[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(10): 2149-2155. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0805(in Chinese)
Citation: LIU Xueao, WU Hongyu, WANG Chunjie, et al. Performance analysis and parameter optimization of lander with variable damping buffer[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(10): 2149-2155. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0805(in Chinese)

着陆器变阻尼缓冲器性能分析及参数优化

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0805
基金项目: 

国家自然科学基金 51635002

详细信息
    作者简介:

    刘学翱  男, 博士研究生。主要研究方向:航天机构的设计与分析

    吴宏宇  男, 硕士研究生。主要研究方向:航天机构的设计、性能分析及优化

    王春洁  女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:数字化设计与仿真技术

    通讯作者:

    王春洁, E-mail:wangcj@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V423

Performance analysis and parameter optimization of lander with variable damping buffer

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51635002

More Information
  • 摘要:

    为了分析带有变阻尼缓冲器的典型腿式着陆器软着陆性能,建立了着陆器的整机动力学仿真模型。结合仿真模型与蒙特卡罗法分析了着陆器在不确定着陆工况下的软着陆性能,验证了变阻尼缓冲器应用在着陆器中的可行性。基于动力学仿真模型和优化拉丁超立方实验设计抽取样本点,构造了描述变阻尼缓冲器缓冲特性参数、着陆工况参数与软着陆性能指标值之间映射关系的不完全三阶多项式响应面代理模型。为了得到性能最佳的变阻尼缓冲器,结合响应面模型、蒙特卡罗法与第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对变阻尼缓冲器的缓冲特性参数进行了优化。通过仿真模型验证,优化后的变阻尼缓冲器使着陆器的软着陆性能得到提升。

     

  • 图 1  变阻尼缓冲器示意图[8-10]

    Figure 1.  Schematic diagram of variable damping buffer[8-10]

    图 2  坐标系定义

    Figure 2.  Definition of coordinate systems

    图 3  着陆工况示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of landing conditions

    图 4  着陆器整机构型

    Figure 4.  Complete machine configuration of lander

    图 5  Pareto前沿曲面

    Figure 5.  Surface of Pareto front

    图 6  U-LU-TT-L散点图

    Figure 6.  Scatter plot of U-L, U-T and T-L

    表  1  变阻尼缓冲器参数

    Table  1.   Parameters of variable damping buffer

    参数取值取值范围
    k/(kN·m-1)5030~ 70
    cmax/(kN·s·m-1)5030~ 70
    r0.50.3~0.7
    注:r=cmin/cmax—阻尼系数比。
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    表  2  着陆工况参数取值

    Table  2.   Value of of landing condition parameters

    参数分布规律分布参数(μ0-6σμ0+6σ]
    α/(°)正态分布μ0=6,σ=0.667(2,10]
    μ正态分布μ0=0.4,σ=0.016 7(0.3,0.5]
    θp/(°)均匀分布[0, 45]
    注:μ0—均值;σ—标准差。
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    表  3  软着陆性能分析结果

    Table  3.   Analysis results of soft landing performace

    性能指标均值标准差
    U/mm436.2811.207
    S/mm53.5552.801
    L/g9.6250.290
    T/mm1 703.84637.111
    注:超出许用值概率均为0。
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    表  4  响应面模型精度分析

    Table  4.   Accuracy analysis of response surface model

    U1.5250.998
    S10.250.999
    L1.8560.999
    T1.3210.999
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    表  5  优化参数设置

    Table  5.   Value of optimal parameters

    参数种群数进化代数交叉指数变异指数交叉概率
    数值122010200.9
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    表  6  优化后软着陆性能分析结果

    Table  6.   Analysis results of soft landing performace after optimizaiton

    性能指标均值标准差
    U/mm437.5051.284
    S/mm49.5882.564
    L/g9.4850.234
    T/mm1 701.45238.067
    注:超出许用值概率均为0。
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-26
  • 录用日期:  2018-01-26
  • 刊出日期:  2018-10-20

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