机械工程学报

作者：杨少斐, 王栋梁, 李建强, 张明, 鲁送兵

单位：1. 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室 南京 210016;2. 中国航天科技集团商业火箭有限公司 上海 201100;3. 上海宇航系统工程研究所 上海 201100;4. 南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室 南京 210016

关键词：可重复使用运载火箭,有限元,瞬态动力学,着陆支腿,载荷；

基金：国家自然科学基金(12502042)、国家资助博士后研究人员计划(GZC20252752)和江苏省卓越博士后计划资助项目。

针对可重复使用运载火箭高重心、大长细比着陆支腿的瞬态冲击响应与展开动力学问题，通过有限元方法构建了包含油气缓冲器非线性特性的火箭瞬态动力学模型，并开展四腿对称着陆与单腿极限着陆工况的仿真及落震冲击试验验证。结果表明：相较于刚柔耦合法，有限元模型在缓冲行程、主支柱载荷和箭体过载等关键参数预测中展现出更高精度，尤其在0.89～1.88 m/s着陆速度范围内动态响应吻合度更优。单腿极限工况揭示辅助梁呈现拉-压交替受力特征，辅助梁与足垫连接处弯矩达峰值，通过减小足垫与辅助梁轴线偏心距或采用球铰连接可使该弯矩降低。地面摩擦系数敏感性分析表明动摩擦系数主导着陆稳定性，适中的动摩擦系数可使箭体垂向过载与缓冲器载荷实现最优平衡。展开动力学研究表明，套筒锁定冲击载荷主要由锁套端面碰撞产生，采用接触副等效简化方法可在较小误差范围内使计算效率提升；当箭体初始倾斜角小于支腿展开死角的一半时，四腿展开时间偏差较小满足工程需求。研究成果为可复用火箭着陆机构优化设计提供了支撑和指导。

来源：2026年第1期

《机械工程学报》期刊编辑部

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