一种模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构的制作方法

本发明属于深空探测地面模拟试验，尤其涉及一种模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构。

背景技术：

1、深空探测器在着陆过程中，发动机产生的高速羽流会冲击星体表面，引起星壤侵蚀、扬尘和不对称反作用力，直接影响着陆安全与探测器姿态稳定。为在地面开展相关试验研究，需要模拟喷管在着陆过程中的多自由度运动状态。

2、然而，现有的羽流与星壤相互作用模拟装置，其喷管运动方式较为单一，大多仅能实现沿竖直方向的简单升降，难以真实复现实际着陆过程中探测器同时伴随的横向漂移、姿态摆动等复合运动，这导致无法全面考察竖直下降速度、水平移动速度、摆动角度及频率等多因素耦合对星壤侵蚀深度、侵蚀对称性以及探测器姿态干扰力矩的影响，使得试验结果的工程指导价值受限。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，解决了上述问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，包括：结构框架；星壤箱，固定于所述结构框架下方，用于盛放模拟星壤；喷管，安装于所述运动机构的末端并作为被驱动部件；气缸a，用于驱动所述喷管沿竖直方向运动模拟探测器的下降过程；气缸b，用于驱动所述喷管沿水平方向运动模拟探测器的平移过程；旋转气缸，用于驱动所述喷管绕一水平轴线往复摆动模拟探测器的姿态摇摆。

3、进一步的技术方案：所述试验装置能够模拟的喷管离地高度与喷管半径的比值的范围为0~90。

4、进一步的技术方案：所述喷管竖直下降总行程，通过气缸a改变竖直下降行程，用于调节羽流高度范围。

5、进一步的技术方案：所述喷管每秒下降距离，通过气缸a调节喷管每秒下降距离，用于影响羽流侵蚀深度以及扬尘高度。

6、进一步的技术方案：所述喷管水平移动总行程，通过气缸b调节喷管水平移动的行程，用于影响羽流对星壤的侵蚀范围以及姿态稳定度。

7、进一步的技术方案：所述喷管每秒水平移动距离，通过气缸b调节喷管每秒水平移动距离，用于影响触地速度以及干扰力矩。

8、进一步的技术方案：所述喷管摆动角度，通过旋转气缸改变喷管摆动角度，用于影响羽流对星壤侵蚀的不对称性以及干扰力矩。

9、进一步的技术方案：所述喷管按照设定的参数执行包含下降、平移和摆动中至少一种运动的复合轨迹：

10、如竖直运动；

11、水平运动；

12、摇摆运动；

13、表示竖直下降速度，表示水平移动速度，表示摆动幅值，表示摆动频率，表示初始高度，表示初始水平位置。

14、有益效果

15、本发明提供了一种模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，与现有技术相比具备以下有益效果：

16、1、多自由度运动模拟能力强：机构可独立控制喷管执行竖直下降、水平平移和绕竖直轴线的往复摆动，能够真实再现深空探测器着陆过程中的复合运动轨迹，实现多自由度运动过程的综合模拟

17、2、运动轨迹，实现多自由度运动过程的综合模拟，运动参数调节范围宽、适应性强：竖直下降总行程可达450mm，水平移动总行程可达1100mm，摆动角度不小于±10°，且下降速度和水平移动速度均可在0~300mm/s范围内调节。以中国天问一号火星探测器为参照，其关注的高度-半径比()约从26开始显现侵蚀，本机构可实现=0~90的全程模拟，且相关速度指标（变化速率）远超实际任务需求，参数范围完全覆盖并超越了下降过程所关注的关键状态点，适应多种探测器型号的试验需求。

18、3、支持系统性的参数影响规律研究：基于宽范围、高精度的运动调节能力，可以方便地执行基准静态试验、单因素试验以及多因素组合试验矩阵。例如，通过系统改变竖直下降速度、水平移动速度、摆动幅值和摆动频率，能够全面揭示各运动参数单独及耦合作用下对星壤侵蚀深度、扬尘高度、侵蚀不对称性以及探测器姿态干扰力矩的影响规律，为着陆器发动机推力调控策略和姿态控制算法设计提供关键的试验依据。

1.一种模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，其特征在于，包括；

2.根据权利要求1所述的模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，其特征在于，所述试验装置能够模拟的喷管（201）离地高度与喷管（201）半径的比值的范围为0~90。

3.根据权利要求1所述的模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，其特征在于，所述喷管（201）竖直下降总行程，通过气缸a（207）改变竖直下降行程，用于调节羽流高度范围。

4.根据权利要求1所述的模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，其特征在于，所述喷管（201）每秒下降距离，通过气缸a（207）调节喷管（201）每秒下降距离，用于影响羽流侵蚀深度以及扬尘高度。

5.根据权利要求1所述的模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，其特征在于，所述喷管（201）水平移动总行程，通过气缸b（208）调节喷管（201）水平移动的行程，用于影响羽流对星壤的侵蚀范围以及姿态稳定度。

6.根据权利要求1所述的模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，其特征在于，所述喷管（201）每秒水平移动距离，通过气缸b（208）调节喷管（201）每秒水平移动距离，用于影响触地速度以及干扰力矩。

7.根据权利要求1所述的模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，其特征在于，所述喷管（201）摆动角度，通过旋转气缸（302）改变喷管（201）摆动角度，用于影响羽流对星壤侵蚀的不对称性以及干扰力矩。

8.根据权利要求1所述的模拟深空探测器发动机羽流与星壤相互作用的喷管位置调节机构，其特征在于，所述喷管（201）按照设定的参数执行包含下降、平移和摆动中至少一种运动的复合轨迹：