【摘要】： 月面探測車輛是各種探測儀器的載體,其基本功能是具有在未知的復(fù)雜路面行走的能力,以滿足科學(xué)探測考察的需要,由于月壤可通過能力差,且探測車輛要求工作可靠、重量輕、尺寸小。因此,深入研究在月面環(huán)境下的探測車輛牽引性能,對其性能評估及面向月球的高通過性行走機構(gòu)研制具有重要意義。 本文針對月面探測車輛驅(qū)動輪牽引性能的研究需要,以火山灰為主要原料制備了應(yīng)用于月面-車輛力學(xué)試驗用模擬月壤,研制了月壤-車輪土槽測試系統(tǒng),設(shè)計了不同結(jié)構(gòu)尺寸的被試輪。在此基礎(chǔ)上,進行了月面探測車輛驅(qū)動輪牽引性能試驗,分析了驅(qū)動輪下模擬月壤的剪切破壞形式,得出了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和行駛條件下驅(qū)動輪的牽引性能。在土槽試驗與車輛-地面力學(xué)研究成果基礎(chǔ)上,建立了月面探測車輛驅(qū)動輪與月壤相互作用關(guān)系數(shù)學(xué)模型,通過壓板試驗和履帶板試驗確定了模擬月壤的地面力學(xué)相關(guān)參數(shù),并利用自行編寫的仿真程序?qū)μ綔y車輛驅(qū)動輪牽引性能進行了仿真分析。最后,本文使用顆粒流程序(PFC2D)細觀分析了微重力條件下驅(qū)動輪與月壤相互作用關(guān)系,得出了驅(qū)動輪下月壤顆粒的運動軌跡、孔隙率變化、速度分布、接觸力場等規(guī)律以及微重力條件下驅(qū)動輪的牽引性能。以上研究可為月面探測車輛行走系統(tǒng)設(shè)計、分析與驗證、原理樣機研制奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：P184.58
【圖文】：

設(shè)計上受到嚴格的技術(shù)條件約束，要求尺寸小、重量輕、工作可靠性高，并且所工作的環(huán)境為月球表面，這與地面車輛所工作的環(huán)境也有很大差別，如月球表面的重力為地球的 1/6，月表覆蓋有松軟的月壤，晝夜溫差大且輻射強烈等因素，這些環(huán)境條件對探測車輛的行走和通過都會有一定影響[5，6，13]。另外，對于月面探測車輛，一般速度要求較低，越障能力要求較高，并可以在松軟的地面上具有較高的通過能力，不能陷入月壤，從而失去行走能力，造成探測車輛不能正常工作，速度降低[80]。因此，深入研究在月面特殊環(huán)境下的月面探測車輛牽引性能，對于其性能評估及面向月球的高通過性行走機構(gòu)研制具有重要意義。圖 1-2 中的(a)、(b)、(c)分別為國外工作在松軟行星路面上的深空探測車，由圖可知，這三種探測車輛的驅(qū)動輪分別為剛性輪、篩網(wǎng)車輪和輪胎。圖 1-2 中的(d)、(e)、(f)則為國內(nèi)具有代表性的月面探測車輛原理樣機，以及進行的相應(yīng)野外和實驗室通過性能試驗，這三種探測車輛的驅(qū)動輪均為剛性輪。a 美國制造的索杰納火星車 b 前蘇聯(lián)設(shè)計制造了第一輛月球車 c 美國月球車 1 號

(4) 月面特殊環(huán)境的影響。探討微重力、大溫差、高真空、高輻射等條件對月面探測車輛通過性能的影響；(5) 探測車輛的行駛性和月壤的可通過性。包括探測車輛通過性能指標、月壤的變形與行駛阻力、載荷－剪切特性與影響因素、載荷－承壓特性與影響因素、附著力的測試、牽引力的測試及計算、驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)及其對探測車輛作業(yè)性能的影響。月面探測車輛在各種地表上進行的行駛阻力需要通過各種模擬環(huán)境進行測試，在沒有具體參數(shù)的條件下，首先應(yīng)參照現(xiàn)有理論與技術(shù)進行合理模擬試驗。圖 1-3 中的 a、b、c 和 d 為國外相關(guān)科研機構(gòu)進行的不同探測車輛試驗土槽；圖 1-3 中的 e 和 f 為履帶式行星探測車輛進行通過性能試驗。a 日本空間技術(shù)研究院[90]b 德國空間模擬研究院[83]c NASA Glenn 研究中心[89]

車輛行走機構(gòu)，保證和提高探測車輛正常工作的可靠性，具有重要和不可替代的意中月面車輛系統(tǒng)基礎(chǔ)試驗用月壤關(guān)系到試驗的成功與否，這樣在研究中便需要大量壤樣品，但真正的月壤樣品極其珍貴，因此模擬月壤研究對月面探測車輛牽引通過研究便至關(guān)重要。本章研究是以月壤樣本與約翰遜空間中心的 JSC-1 模擬月壤（以稱 JSC-1）的參數(shù)為參照，根據(jù)月壤物理機械性質(zhì)的平均值和最佳估計值來模擬月礦物成分與化學(xué)組成與月壤相近的基礎(chǔ)上，重點是模擬真實月壤的物理機械性質(zhì)，該模擬月壤能夠適用于月面探測車輛牽引性能土槽實驗和其它科學(xué)和工程研究。.2 模擬月壤的原料與制備.2.1 原料吉林省境內(nèi)輝南靖宇一帶發(fā)育有眾多大小不一的新生代火山，火山灰的主要元素與 Apollo14 登月點宇航員采集的月壤樣品的平均化學(xué)組成相似，為低鈦堿性橄欖玄。主要組成礦物為橄欖石、輝石、長石，并含有大量的火山玻璃[177，178]�；鹕交耶a(chǎn)大，成份性能均勻穩(wěn)定，基本上可以滿足模擬月壤研究的需要。本研究以該處火山主要原料(圖 2-1)進行模擬月壤研究。

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 田小鋒;姜樂華;聶曉輝;;車輛地面力學(xué)土槽試驗技術(shù)研究進展[J];汽車科技;2013年02期

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相關(guān)會議論文 前1條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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2 盧智利;蚶類表面形貌磨料磨損行為的試驗與仿真研究[D];吉林大學(xué);2011年

3 劉天喜;淺層月壤采樣過程的機土耦合作用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

4 王玉杰;基于離散元法的車輪與松軟地面相互作用分析[D];吉林大學(xué);2012年

5 范文峰;小重力環(huán)境下模擬月壤承壓特性試驗及月球車/月壤關(guān)系研究[D];吉林大學(xué);2012年

6 趙廣生;月球車輪壤作用關(guān)系的剛?cè)峤Y(jié)合仿真研究[D];吉林大學(xué);2012年

7 劉琳琳;月球車輪壤系統(tǒng)仿真分析[D];吉林大學(xué);2012年

本文編號：2745353