[发明专利]一种用于航天着陆器足垫的轻质高强仿圆筛藻多层级支撑结构

说明书

本发明公开一种用于航天着陆器足垫的轻质高强仿圆筛藻多层级支撑结构，包括一级结构、二级结构和三级结构；所述一级结构包括一个内轮圈、一个外轮圈及数根沿内轮圈的圆周径向延伸的轮条；所述二级结构包括多根长度不一的横条，平行排列在一级结构中相邻的轮条构成的扇形结构中；所述三级结构填充在一级结构和二级结构之间。本发明是根据仿生学原理，并基于圆筛藻硅质截头体结构特征设计成一种新型着陆器足垫支撑结构，由于仿圆筛藻的支撑结构具有特殊的分布和排列，当结构与陆地接触时，受到冲击荷载的作用，在多级支撑结构的作用下，有效缓解了应力集中，合理分布了冲击过程中产生的能力，提高了结构的抗冲击性能。

技术领域

本发明涉及仿生结构工程技术领域，具体涉及一种用于航天着陆器足垫的轻质高强仿圆筛藻多层级支撑结构。

背景技术

月球具有丰富的矿物资源，是人类进军深空的重要中转站，也是最重要的天然太空实验基地。因此，开展月球探测对人类发展具有十分重要的意义。在整个探月过程中，着陆探测器安全平稳月面着陆是需要完成的主要任务之一。在软着陆过程中，足垫是直接与月壤冲击接触的着陆器部件，足垫能否很好地承受冲击荷载并保持着陆探测器的稳定性直接关系到设备能否正常运行及后续探测工作的实施。但是，目前应用的着陆器足垫多是厚重的金属圆盘形足垫，既提高了制造成本，又增加了着陆和返航过程中的能源消耗，一定程度上限制了探测器的运动半径。因此，在保持力学性能的前提下，开展着陆器足垫的轻量化设计研究具有非常大的意义。

发明内容

发明目的：本发明目的在于提供一种用于航天着陆器足垫的轻质高强仿圆筛藻多层级支撑结构，替代传统厚重的金属圆盘足垫，同时保持足垫力学性能和稳定性的要求。

技术方案：一种用于航天着陆器足垫的轻质高强仿圆筛藻多层级支撑结构，由多级结构组成，所述多级结构包括一级结构、二级结构和三级结构；

所述一级结构包括一个内轮圈、一个外轮圈及数根沿内轮圈的圆周径向延伸的轮条；所述内轮圈和外轮圈同轴设置；任一所述轮条的一端与内轮圈连接，另一端与外轮圈连接；所述轮条与内轮圈和外轮圈一体成型；

所述二级结构包括多根长度不一的横条，平行排列在一级结构中相邻的轮条构成的扇形结构中，横条与轮条形成的夹角均相等；所述二级结构是增强足垫承载能力的主要加强件；

所述三级结构填充在一级结构和二级结构之间。三级结构覆盖整个结构，是提高着陆稳定性和吸能的主要结构。

进一步的，所述一级结构、二级结构和三级结构一体成型。

进一步的，所述内轮圈的半径为25mm，高度为20mm。

进一步的，所述轮条的宽度在半径方向呈梯度变化，高度随足垫弧度呈非线性梯度变化，从与内轮圈相接的一端到与外轮圈相接的一端宽度和高度逐渐减小，宽度变化范围为2.5mm～4mm，高度变化范围为5～20mm，轮条的长度为100mm。

进一步的，所述外轮圈半径为内轮圈半径及轮条长度之和，高度为5mm。

进一步的，所述轮条的数量为6、8或12根；相邻轮条之间的角度相等。

进一步的，所述横条的宽度为2.5mm，高度为7.5mm，每根横条之间的距离为20mm。

进一步的，所述三级结构包括蜂窝结构。

进一步的，所述蜂窝的边长为2.5mm。

进一步的，所述一级结构、二级结构和三级结构的材质为AlSi10Mg。

有益效果：本发明从仿生学的角度出发，通过模仿圆筛藻的硅质截头体的结构特点，设计出了一种用于航天着陆器足垫的轻质高强仿圆筛藻多层级支撑结构，经有限元模拟分析表明此结构具有良好的抗冲击能力，同时还实现了结构的轻量化，可减少结构在制造和使用过程中的投入。

附图说明