月球探测器着陆系统磁流变缓冲器的结构设计与优化

摘要

月球探测和资源开发已经成为人类前沿科技中一项重要的内容，目前世界各经济发达国家都相继开展了各自的月球探测计划。目前我国已成功完成两期探月工程任务，实现了绕月计划和月面软着陆，三期工程的目标是完成采样并安全返回，这一目标对探测器着陆系统提出了更高的要求。
　　论文针对月球探测器着陆系统对高性能缓冲器的设计需求，研究磁流变缓冲器的优化设计理论和方法。首先，通过不同方案的动力学特性分析，提出月球探测器着陆缓冲系统结构设计方案。其次，根据月球探测器展开包络、离地间隙等，对着陆缓冲系统进行参数设计，结合 ADAMS动力学仿真软件，验证方案设计的有效性。第三，根据月球探测器着陆系统对高性能缓冲器的设计要求，结合磁流变液流变特性，设计了基于混合模式的单出杆式气体补偿磁流变缓冲器。针对磁流变液在高速工况下的剪切稀化现象，基于Herschel-Bulkley模型，推导了冲击载荷下的阻尼力计算公式。第四，针对月球探测器着陆系统的缓冲要求，根据冲击载荷下的阻尼力公式、安培环路及高斯定理，对磁流变缓冲器进行了结构和磁路设计，包括气室压力、结构尺寸、线圈匝数及线径等，电磁场有限元分析验证了磁路设计的合理性。最后，以磁流变缓冲器响应时间和耗能功率为优化目标，建立了优化模型，采用基于带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）对磁流变缓冲器进行了多目标结构优化设计。研究结果表明：磁流变缓冲器的可调阻尼力满足设计要求，基于Herschel-Bulkley模型的阻尼力计算公式能较好的反映磁流变减振器的剪切稀化现象，采用基于带精英策略的非支配排序遗传算法能快速求解优化问题，实现磁流变缓冲器响应快、能耗少和可调范围广的优化设计目标。

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1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的主要内容

1.4 本章小结

2 着陆缓冲系统方案设计与动力学仿真

2.1 着陆缓冲机构总体方案设计

2.2 总体参数设计

2.3动力学仿真分析

2.4 本章小结

3 磁流变缓冲器结构设计

3.1 磁流变液工作原理与流变特性

3.2 磁流变缓冲器结构形式设计

3.3 磁流变缓冲器结构参数设计

3.4 本章小结

4 磁流变缓冲器磁路设计

4.1 磁路设计准则

4.2 磁路设计

4.3 有限元分析

4.4 本章小结

5 磁流变缓冲器多目标结构优化

5.1 优化目标

5.2 优化算法

5.3 磁流变缓冲器多目标优化设计

5.4 缓冲器电流与输出缓冲力关系

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文完成工作和主要结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目：