【摘要】：深空探測源于人類探索自然內(nèi)在動力,探測月球、火星、目標小行星土壤巖層信息,解決人類生存空間需求,具有重大意義。由于小天體的微重力特性及地表復雜性,因此采樣功能還應具有低反作用力、高效破巖能力、質(zhì)輕體小及低功耗的特點。本文設計了一種吸納式采樣器,利用回轉(zhuǎn)沖擊輔助碎巖及氣流激勵吸納方式獲取樣品,輔以飛輪儲能、磁控振動使功耗降到最低,通過ADAMS對機構運動仿真得出最優(yōu)解,并進行仿真實驗。首先針對小天體探測采樣任務,在弱引力及地表復雜的采樣環(huán)境中,分析了采樣功能及指標,設計了一種氣流吸納方式的采樣器。由飛輪、電機及減速器構成的飛輪儲能機構不僅節(jié)能,還對采樣器整體可靠性有所提高;反向?qū)ΨQ分布的永磁體進一步降低功耗并使之輕質(zhì)化;鉆桿在密珠軸承中的旋轉(zhuǎn)沖擊能使鉆頭破巖高效化;氣流吸納采樣方式解決了弱引力采樣環(huán)境的難題�；诓蓸又笜藦你@頭切削參數(shù)設計,建立了鉆頭切削星壤力學模型,分析了此切削參數(shù)下鉆頭的鉆取性能。其次采用飛輪儲能原理實現(xiàn)低能耗作業(yè),采用磁控無源振動激勵實現(xiàn)碎巖的高效化,采用密珠軸系沖回功能實現(xiàn)機構的輕量化,并分別進行了動力學分析。從飛輪儲能原理著手,依據(jù)能量守恒及動量定理,得到飛輪的轉(zhuǎn)動慣量,從而選取電機參數(shù)。針對磁力驅(qū)動系統(tǒng),根據(jù)電磁理論,結合實際經(jīng)驗,獲得磁力與永磁體間距的關系。通過建立磁力振動沖擊數(shù)學模型,結合MATLAB函數(shù)圖,確定磁力大小。針對密珠鉆進結構,結合靜強度計算準則,計算了密珠軸承的過盈量。根據(jù)赫茲理論,對最大接觸應力進行了分析并對比容許靜負荷進行優(yōu)化。通過ADAMS軟件對儲能驅(qū)動機構進行動力學仿真分析,得出飛輪轉(zhuǎn)動慣量的最優(yōu)解。對反向?qū)ΨQ分布的磁力驅(qū)動部件進行優(yōu)化計算,驗證磁力大小與電機對鉆桿的轉(zhuǎn)矩是否合理。對密珠鉆進機構的過盈量與最大接觸應力進行分析計算。仿真分析表明,吸納式星壤采樣方法,能在低耗條件下高效破巖,能實現(xiàn)微重力采樣功能,為深空探測提供了一種有效采樣途徑。
【圖文】：

吸納式星壤采樣器設計與分析“星塵號”采樣器”是 Discovery 計劃中的一部分，是 NASA（同時也是世界回地球的探測器，也是繼 阿波羅 計劃以后美國第二個取回其探測的目標是采集 81P/Wild 2 彗星塵。探測器于 1999 年后近 3 年完成了兩次彗星塵埃采集，探測載荷主要包括四、彗星和星際塵埃分析裝置（CIDA）、導航相機及塵埃流量d 2 彗星相遇時，將打開用于搜集彗星塵埃的裝置，這一成，形如一個網(wǎng)球拍[10]。圖 1.1 是“星塵號”收集 Wild 2

圖 1.2 中分辨率成像儀(MRI)圖像和彗星探測任務相比較而言，深空撞擊計劃的主任務周月的時間里，，取得了大量的成果，并且還有希望在今后日至 7 月 14 日之間，使用紅外光譜儀共獲得了 3835 張科學家對坦普爾彗星揮發(fā)物的演化、固態(tài)物質(zhì)的演化了一些研究，取得了過去未曾有過的新的成果。塞塔號 彗星探測器務于 1993 年 11 月由 ESA 科學委員會批準作為 ESA 長。這個任務的最初目標是與 46P/Wirtanen 彗星交會，uryumov-Gerasimenko 彗星交會。為了獲得足夠的軌道地球的重力加速。在它飛向這個彗星的 10 年旅程中，測器是迄今為止歐洲最先進的科學探測器之一，它所表面進行軟著陸的探測器。2004 年 3 月 2 日，羅塞塔維爾坦彗星，并在其表面著陸。羅塞塔著陸器重約 10進行軟著陸的飛行器。著陸的瞬間，使用一個魚叉將著
【學位授予單位】：北華航天工業(yè)學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V423.6

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本文編號：2632173