Моделирование процесса посадки космического аппарата на посадочном устройстве с краш-опорами

Посадочное устройство входит в состав комплекса средств приземления современных многоразовых транспортных космических систем как специальный узел, обеспечивающий гашение остаточной кинетической энергии аппарата на этапе его взаимодействия с посадочной поверхностью. Используемая на практике конструкция посадочного устройства, включающая в себя несколько опор рычажно-стержневой конструкции, имеет значительную массу и завышенную жесткость, что уменьшает эффективность транспортировочных операций космического аппарата и увеличивает передающиеся на узлы крепления нагрузки. Для устранения этих недостатков можно использовать тонкостенные краш-боксы в качестве одноразовых конструктивных элементов краш-опор, одновременно выполняющих и несущие, и энергопоглощающие функции. Рассмотрена посадка космического аппарата на посадочном устройстве, состоящем из четырех краш-опор, подкрепленных балочными подкосами. Проведено математическое моделирование методом конечных элементов в программе MSC Nastran процесса посадки космического аппарата на жесткий грунт при различном сочетании вертикальной и горизонтальной начальных скоростей для основных случаев пространственного положения космического аппарата относительно посадочной поверхности. Анализ полученных результатов показал, что посадочное устройство обеспечивает условия безопасной посадки с ограничением уровня действующих на космический аппарат пиковых нагрузок при достижении 35%-ной экономии массы этого устройства. При этом выявленные характерные особенности процесса динамического деформирования краш-опор открывают пути для оптимизации конструкции и дальнейшего сокращения массы посадочного устройства.

Литература

[1] Кокушкин В.В., Щиблев Ю.Н., Ососов Н.С., Петров Н.К., Борзых С.В., Воронин В.В. Посадочное устройство космического аппарата. Пат. 2546042 РФ, 2015, бюл. № 10, 7 с.

[2] Blumrich J.F. Landing pad assembly for aerospace vehicles. Patent USA, no. 3175789 A, 1965.

[3] Turner R.D. Deployable spacecraft lander leg system and method. Patent USA, no. 6227494 B1, 2001.

[4] Lawrence C., Solano P., Bartos K. Deployable Landing Leg Concept for Crew Exploration Vehicle. NASA Technical Report NASA/TM-2007-214705, E-15930. 2007. URL: http://hdl.handle.net/2060/20070031904 (дата обращения 17 июня 2017).

[5] Луковкин Р.О. Моделирование работы посадочного устройства возвращаемого аппарата с краш-опорами при вертикальной посадке. ХI Всерос. съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики. Сб. тр., Казань, 20–24 августа 2015, Казань, Изд-во Казанского (Приволжского) федерального университета, 2015, с. 2377–2379.

[6] Луковкин Р.О., Щеглов Г.А. Посадочное устройство с краш-опорами для космического аппарата. Пат. 2580601 РФ, бюл. № 10, 2016, 9 с.

[7] Хусаинов А.Ш., Кузьмин Ю.А. Пассивная безопасность автомобиля. Ульяновск, Издательство УлГТУ, 2011. 89 с.

[8] Ashutosh S. Kalshetti, Sanjaysingh Vijaysingh Patil. A survey paper on factors controlling the energy absorption of crash box. International Journal of Research in Engineering and Technology, 2016. URL: http://esatjournals.net/ijret/2016v05/i05/IJRET20160505033.pdf (дата обращения 17 июня 2017).

[9] Баженов В.И., Осин М.И. Посадка космических аппаратов на планеты. Москва, Машиностроение, 1978. 159 с.

[10] Антонова Н.П., Брюханов Н.А., Четкин С.В. Средства посадки пилотируемого транспортного корабля нового поколения. Космическая техника и технологии, 2014, № 4(7), с. 21–30.

[11] Шалина Р.Е., ред. Авиационные материалы: справочник. В 9 т. Т. 4. Алюминиевые и берилловые сплавы. Москва, ОНТИ, 1982. 627 с.

[12] Туманов А.Т., ред. Авиационные материалы: справочник. В 9 т. Т. 5. Магниевые и титановые сплавы. Москва, ОНТИ, 1973. 583 с.