硬着陆

航空航天学术语

硬着陆是指直升机以很快的垂直加速度或者加速度率重重落在地上。这种情况下，轻则造成起落架损害，重则连机体结构都会因为加速度过大而使结构造成损害。

定义

在航天探测领域，硬着陆指在硬结构探测器穿入行星表面时，通过行星土介质的变形和同探测器的摩擦来逐步耗散其动能。探测器既可在穿入行星表面时进行动态力学测量，更可在其滞留后测量星体的某些物理特性。航天器硬着陆是毁坏性的着陆，与一般航空器的“着陆”概念不同。苏联的“月球” 2号、5号、7号、8号探测器曾在月球上硬着陆；“金星”3号探测器曾在金星上硬着陆。

在航空领域，飞机制造商对硬着陆的定义为：飞机着陆时垂直加速度或横滚角度超过对应机型的极限值，硬着陆会引起机翼、起落架和发动机的结构损坏甚至断裂，而且会造成空地逻辑电门的旁通功能，导致接地后扰流板无法正常升起，造成冲出跑道的危险。一般应予以避免。

基本原理

航天器经过太空飞行在行星（包括卫星）着陆时，其速度很高。例如以月球的逃逸速度在月球着陆时，速度达2.35km/s，经过高空火箭反推减速，该速度降低为几百米/秒。

一般说来，金属材料超高速碰撞时，物体仍然处于弹-塑性状态，即未完全丧失强度的最低速度为3km/s。因此，对于直径几十毫米至几百毫米，长度几百毫米至几米，质量几公斤至几百公斤的探测器，在撞击行星前不用火箭反推，在撞击时不主要依靠自身结构的塑性变形，而是依靠土介质的塑性变形以及探测器与土的摩擦来缓和着陆时的冲击，硬结构探测器本身则穿入星体表面。在其穿入表面时和滞留后，利用探测器中传感器和弹载波存仪来测量星体特性，并由传输天线向地球发回测量信号。这种硬结构探测器技术简单、可靠。特别是当采用子母弹形式，在绕月球轨道飞行的不同区域释放多个侵彻器来测量星体多个落区的地学性能时，其优点更为突出。

研究发展

早在50年代，美国和苏联就竞相发展月球等星体的硬着陆探测技术。

从60年代初起，美国进行了大量的弹体撞击土介质试验，发现了许多惊人的现象，如：探测器的高速侵彻深度远比按静强度计算的结果高。如同研究运载器在大气和水中飞行的气动力学和水动力学一样，一门新的学科——地面动力学（Terradynamics），即在土介质中的飞行力学，产生和发展起来。经过深入的研究，在60年代中期，美国已经完成硬结构着陆月球探测器的初步设计。由于当时着重发展飞船载人登月，该项技术没有完全实施。

但是，由于硬着陆探测器技术有着许多优点，伴随着穿地武器的发展，火星探测器硬着陆技术在70年代以后又大步发展起来。

第3次星体硬着陆研究的高潮始于90年代初。种种科学和技术上的需要，加上探测器结构和内部电子器件的改进，促进了国际上探测和开发月球等星体新时期的到来。在国际空间活动中奋起直追的日本首先安排了穿月探测器计划。

航空硬着陆

对飞机的损伤

首先区分两个概念，硬着陆（hardlanding）和超重着陆（overweightlanding）。硬着陆是指飞机着陆瞬间，发生垂直加速度或垂直下降率等参数超出标准的情况，且往往与飞机的着陆姿态有关，但与飞机重量无关。超重着陆是指飞机着陆时的重量超过了最大着陆重量（MLW）。不管是硬着陆还是超重着陆，都会使飞机的结构，特别是起落架、机翼等部件承受较大的载荷，当载荷超过设计限制时，就会对机体结构造成损伤。严重的重着陆事件可能导致机毁人亡，世界民航史上曾发生多起因机组操作不当或飞机本身故障导致的重着陆事故。

判断依据

航空公司依照飞机制造厂商的规定，通过飞行员主观感受和飞行快速存取记录器中垂直载荷的门槛值判断是否发生硬着陆，该方法存在较高的漏判率和误判率。目前，判定是否发生硬着陆事件，航空公司主要根据垂直加速度是否超限以及飞行员口头汇报，这种判断方法不够严谨，忽略了其他导致发生硬着陆事件的因素。

针对这一情况，许多研究人员针对硬着陆的判断因素分析展开了研究。黄圣国等提出使用神经网络对飞机硬着陆进行故障诊断，使飞机硬着陆诊断的智能化大大提高，在一定程度上提高了硬着陆判断的准确率，随后又提出了支持向量机的硬着陆故障诊断方法，将传统的单一判断因素扩展到多因素判断，并运用遗传算法和粒子群算法优化模型参数，具有较高的判断精度。除此以外，还有通过分析QAR数据，使用贝叶斯算法建模提高硬着陆判断的准确率。