一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置，包括横梁、导向支架、底座、冲击锤、土箱、测量组件和记录组件。横梁架于两个导向支架上方，与导向支架固定连接，起支撑作用；导向支架垂直放置，利用螺栓连接在底座之上，起支撑作用，并作为冲击锤的滑动导轨；底座用来固定并支撑两个导向支架；冲击锤安装在两个导向支架之间，可沿导向支架滑动。土箱位于冲击锤正下方；测量组件由力传感器和加速度计构成，安装在冲击锤之上，能够在实验过程中实时测量冲击锤的加速度与受力；记录组件由信号处理器和计算机组成，能够记录传感器测量结果。本发明专利技术通过改变冲击锤的配重与投放高度对土壤进行冲击，通过相关参数的测量获得土壤的力学特性规律。

A measuring device for the soil mechanical properties of the landing gear foot cushion impact soil

The invention discloses a device for measuring the mechanical properties of a foot pad impacting soil, comprising a crossbeam, a guide bracket, a base, an impact hammer, a soil box, a measuring component and a recording component. The beam frame in the top two guide bracket is fixedly connected with the guide bracket, supporting; the guide bracket vertically, with bolts in the base, the supporting role, and as a sliding rail impact hammer; base for fixing and supporting the two guide bracket; hammer is arranged between the two guide bracket. Can slide along the guide bracket. The soil box is located just below the hammer; measuring component You Li sensor and accelerometer, mounted on the hammer on the real-time measurement of the hammer acceleration and stress during the experiment; the record component consists of a signal processor and computer, sensor can record the measurement results. By changing the weight and height of the impact hammer to impact the soil, the mechanical characteristics of the soil are obtained through the measurement of the related parameters.

【技术实现步骤摘要】
一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置
本专利技术涉及一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置，尤其涉及一种用于获取小行星土壤承载力学特性规律的方法及装置，属于分析及测量控制

技术介绍
随着科学技术的快速发展，人们已不再满足于对地球事物的研究。探索宇宙的起源，对外星球进行探测已成为当今科学界的研究热点。各国已完成的外星球探测任务中多采用腿式着陆器携带探测设备软着陆外星球表面。著名的腿式着陆器包括美国的阿波罗号载人登月舱、美国的海盗号火星探测器、我国的嫦娥三号月球探测器等。鉴于腿式着陆器的常用性，有必要对其进行持续研究。由于腿式着陆器样机的制造成本高，建立其动力学仿真模型，实现其软着陆过程的仿真分析显得非常必要。仿真模型中，星球表面的力学承载特性模型是否合理是决定仿真模型能否准确反映着陆器真实软着陆过程的关键。上述力学承载特性模型常利用已有的碰撞理论方程来表述，而不同星球表面土壤的承载特性必然存在差异，难以通过系数完全相同的方程来描述，因此有必要通过试验方法来确定可准确描述不同土壤承载特性的多个方程。国内外关于上述研究内容的公开数据较少，且少有简单、方便操作的设备去测量土壤的力学承载特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置，以解决目前深空探测着陆器足垫冲击土壤时土壤的力学特性测量方法不方便、测量装置复杂、成本较高、测量效率低等问题。为解决上述问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的：所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置包括：横梁、导向支架、冲击锤、土箱、底座、测量组件和记录组件等；其中，横梁架于两个导向支架上方，与导向支架固定连接；导向支架垂直放置，底部连接在底座之上；底座安置在整套装置底部；冲击锤安装在两个导向支架之间，可沿导向支架滑动。土箱位于冲击锤正下方；测量组件由力传感器和加速度计构成，安装在冲击锤之上；记录组件由计算机和信号处理器组成；加速度计与力传感器均与信号处理器连接，信号处理器与计算机连接。所述的底座水平放置；两个导向支架由槽钢加工而成，长度相同，利用螺栓垂直连接在底座之上；两个导向支架的凹槽相对安置，竖直面相互平行，且前后竖直面位于同一面内，导向支架既起到支撑作用，也起到冲击锤的导向作用；横梁由槽钢加工而成，固定连接在两个导向支架之上，起支撑作用。所述的底座由板材一体成型，底座中间开有矩形通孔，土箱可以通过上述通孔放置于地面之上，防止试验过程中冲击力直接传递到装置外框架结构。所述的冲击锤包括：冲击锤锤身、连接支架；足垫；滚珠轴承；轴；轴承挡圈；配重砝码等；其中，四个相同的滚珠轴承通过两个轴、四个轴承挡圈与四个螺母对称安装在冲击锤锤身前后两侧；滚珠轴承外圈可以相对冲击锤锤身转动，且滚珠轴承外圈位于冲击锤锤身之外，可作为冲击锤的导向滑块，具有减小下滑摩擦力的作用。所述冲击锤的配重砝码通过螺栓成对安装在冲击锤锤身的前后两侧，以保证冲击锤下落过程中不发生倾斜；力传感器通过连接支架固定安装在冲击锤锤身下端，连接支架与冲击锤锤身、力传感器与连接支架均采用螺栓连接；足垫通过螺栓固定连接在力传感器下端；两个加速度计对称黏贴在足垫的上表面。所述的冲击锤锤身由板材一体成型，呈“T”形结构，“T”形结构横向较长，便于试验人员进行投放操作，“T”形结构竖直方向较短，防止冲击力导致结构失稳。“T”形结构的横竖向长度比例为4.37:1。与现有技术相比本专利技术的有益效果是：1、本专利技术所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置构造简单，制造容易，成本较低，使用人工驱动，能够降低着陆器足垫冲击土壤时土壤所呈现的力学特性相关数据的测量成本，并且可以提高测量效率；2、本专利技术所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置采用四个滚珠轴承作为导向滑块，可较大程度的保证装置的下落方向，并可降低装置下落过程中的能量损耗；3、本专利技术所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置装有两个加速度计、一个力传感器。三个传感器均可测量力学特性参数、其中两个加速度计同时可测得运动特性参数，可实现土壤承载力学特性的准确测量。附图说明图1是本专利技术所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置主视示意图。图2是本专利技术所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置中冲击锤的主视示意图。图3本专利技术所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置中冲击锤的侧视示意图。图4是本专利技术所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置中底座的轴侧示意图。图5是本专利技术所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置中冲击锤锤身的轴侧示意图。图6本专利技术所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置中连接支架的轴侧示意图。图中：1-横梁；2-导向支架；3-冲击锤；4-土箱；5-底座；6-计算机；7-信号处理器；8-冲击锤锤身；9-连接支架；10-力传感器；11-加速度计；12-足垫；13-滚珠轴承；14-轴；15-轴承挡圈；16-配重砝码。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细的描述：本专利技术一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置，集成了支撑导向框架、冲击锤、测量组件和记录组件于一体，能够得到着陆器足垫冲击土壤时土壤所呈现的力学特性规律，较为方便和高效去获取表征土壤力学承载特性的数据，为后期的应用提供重要参考。参阅图1，横梁(1)架于两个导向支架(2)上方，与导向支架(2)固定连接；导向支架(2)垂直放置，利用螺栓连接在底座(5)之上；底座(5)安置在整套装置底部；冲击锤(3)安装在两个导向支架(2)之间，可沿导向支架(2)滑动。土箱(4)位于冲击锤(3)正下方；测量组件由力传感器(10)和加速度计(11)构成，安装在冲击锤之上；记录组件由计算机(6)和信号处理器(7)组成。参阅图1，底座(5)水平放置；两个导向支架(2)由槽钢加工而成，长度相同，利用螺栓垂直连接在底座(5)之上；两个导向支架(2)的凹槽相对安置，竖直面相互平行，且前后竖直面位于同一面内，导向支架(2)既起到支撑作用，也起到冲击锤(3)的导向作用；横梁(1)由槽钢加工而成，固定连接在两个导向支架(2)之上，起支撑作用。参阅图1、图4，底座(5)由板材一体成型，底座(5)中间开有矩形通孔，土箱(4)可以通过上述通孔放置于地面之上，防止试验过程中冲击力直接传递到装置外框架结构。参阅图1、图2、图3，冲击锤(3)包括：冲击锤锤身(8)、连接支架(9)；足垫(12)；滚珠轴承(13)；轴(14)；轴承挡圈(15)；配重砝码(16)等；其中，四个相同的滚珠轴承(13)通过两个轴(14)、四个轴承挡圈(15)与四个螺母对称安装在冲击锤锤身(8)前后两侧；滚珠轴承(13)外圈可以相对冲击锤锤身(8)转动，且滚珠轴承(13)外圈位于冲击锤锤身(8)之外，可作为冲击锤(3)的导向滑块，具有减小下滑摩擦力的作用。参阅图1、图2、图3、图6，冲击锤(3)的配重砝码(16)通过螺栓成对安装在冲击锤锤身(8)的前后两侧，以保证冲击锤(3)下落过程中不发生倾斜；力传感器(10)通过连接支架(9)固定安装在冲击锤锤身(8)下端，连接支架(9)与冲击锤锤身(8)、力传感器(10)与连接支架(9)均采用螺栓连接；足垫(12)通过螺栓固定连接在力传感器(10)下端；两个加速度计(11)对称黏贴在足垫(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置，它包括：横梁(1)、导向支架(2)、冲击锤(3)、土箱(4)、底座(5)、测量组件和记录组件等；其中，横梁(1)架于两个导向支架(2)上方，与导向支架(2)固定连接；导向支架(2)垂直放置，底部连接在底座(5)之上；底座(5)安置在整套装置底部；冲击锤(3)安装在两个导向支架(2)之间，可沿导向支架(2)滑动，土箱(4)位于冲击锤(3)正下方；测量组件由力传感器(10)和加速度计(11)构成，安装在冲击锤之上；记录组件由计算机(6)和信号处理器(7)组成；加速度计(11)与力传感器(10)均与信号处理器(7)连接，信号处理器(7)与计算机(6)连接。

【技术特征摘要】
1.一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置，它包括：横梁(1)、导向支架(2)、冲击锤(3)、土箱(4)、底座(5)、测量组件和记录组件等；其中，横梁(1)架于两个导向支架(2)上方，与导向支架(2)固定连接；导向支架(2)垂直放置，底部连接在底座(5)之上；底座(5)安置在整套装置底部；冲击锤(3)安装在两个导向支架(2)之间，可沿导向支架(2)滑动，土箱(4)位于冲击锤(3)正下方；测量组件由力传感器(10)和加速度计(11)构成，安装在冲击锤之上；记录组件由计算机(6)和信号处理器(7)组成；加速度计(11)与力传感器(10)均与信号处理器(7)连接，信号处理器(7)与计算机(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置，其特征在于，底座(5)水平放置；两个导向支架(2)由槽钢加工而成，长度相同，利用螺栓垂直连接在底座(5)之上；两个导向支架(2)的凹槽相对安置，竖直面相互平行，且前后竖直面位于同一面内，导向支架(2)既起到支撑作用，也起到冲击锤(3)的导向作用；横梁(1)由槽钢加工而成，固定连接在两个导向支架(2)之上，起支撑作用。3.根据权利要求1所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性测量装置，其特征在于，底座(5)由板材一体成型，底座(5)中间开有矩形通孔，土箱(4)可以通过上述通孔放置于地面之上，防止试验过程中冲击力直接传递到装置外框架结构。4.根据权利要求1所述的一种着陆器足垫冲击土壤力学特性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春洁，吴宏宇，王巨涛，丁建中，刘学翱，丁宗茂，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11