【摘要】：隨著深空探測的不斷深入,美國、日本等航天大國開展了諸多針對小行星的研究,小行星探測活動已日益成為前沿熱點。小行星探測中,接觸式探測是人類感知小行星物質最直接有效的手段。為了充分認識小行星,需要進行較為深層樣品的獲取和返回。我國正在積極開展小行星探測及采樣的研究工作,首選的探測目標為小行星2016HO3,由于該小行星引力十分微弱,表面環(huán)境具有不確定性,對采樣具有極為苛刻的要求。超聲波鉆進的反作用力小,可在小行星上有效的作業(yè),但是由于受到功耗的限制使得巖石樣品獲取量很少,且樣品多為粉末,不宜收集。為了獲得更多的樣品,本文提出了一種新的碎巖方法——超聲波鉆進加超臨界流體膨脹碎巖法,先用超聲波鉆在巖石上打幾厘米深的孔,再將膨脹碎巖器插入到打好的巖石孔中進行膨脹碎巖,可以在緊迫的資源下快速碎巖,以獲取較大量樣品。由于超聲鉆進在國內研究較多,技術較為成熟,而超臨界流體膨脹碎巖方法還未有人研究,因此本文主要研究超臨界流體膨脹碎巖方法。此方法利用超臨界流體具有溫度和壓力無限性的原理進行碎巖,可破碎不同硬度的巖石。本文選擇了超臨界水作為膨脹介質,研究了超臨界水的熱力學特性,得到了超臨界水溫度、壓力和體積的量化關系;本文研究了膨脹碎巖方法中的加熱方式,考慮到能夠配合鉆具在旋轉過程中進行快速加熱,選擇了加熱效率高、加熱溫度易于控制的感應加熱方式;本文設計了一種膨脹碎巖器,對其進行了整體結構設計和參數(shù)計算,保證了加熱時儲水壓力容器的安全性和碎巖時的膨脹筒的無泄漏性;本文利用有限元軟件對儲水壓力容器進行了應力仿真,得到了計算壁厚下儲水壓力容器的應力值,確保加熱時容器的安全性;本文利用有限元軟件對膨脹筒進行了超塑變形仿真,實現(xiàn)了強度上的匹配設計。通過在模擬階段的仿真驗證,能夠實現(xiàn)人類認知巖石硬度下可靠的碎巖,具有獲取樣品的能力。
【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】：2019
【分類號】：P185.7;V476.4
【圖文】：

塔蒂斯小行星交會，并對圖塔蒂斯小行星進行了的飛越探測，推動了我國小行星深空探測領域的發(fā)已應用的采樣方式有日本“隼鳥號”的拋射體濺射、日本“隼鳥 2 號”的炸藥撞擊加拋射體濺射采體化采樣。研究這四種針對小天體的采樣方式對有很大的研究價值。樣方式之前，需要對探測的目標小行星進行一定的的探測目標小行星為 Itokawa 糸川小行星。該小行約 300m，自轉周期約 12.1h，引力只有地球的十。針對糸川小行星，“隼鳥號”探測器采用拋射體行星表面發(fā)射直徑約 1cm、質量約為 5g、速度高后立即反彈，整個過程極為短暫，接觸時間大約 土壤或巖石碎片飛濺起來，進入回收密封裝置[13]。力小行星，對探測器無反作用力，收集樣品時間短A 公布資料得知，該探測器約采集了 10mg 樣品返

行星快速膨脹碎巖方法研究探測器的探測目標為彗星”探測器搭載了一套鉆取采示。SD2 采樣機構運用了確定深度下的樣品采集，速為 100~150 r /min，鉆進釋放取芯管，然后再鉆進圖 1.3 所示。當 SD2 采樣度約為 1mm/min。SD2 鉆mm3。

D2 采樣機構如圖 1.2 所示。SD2 采樣機構運用了回轉鉆進的工作方式，和采樣功能，能夠完成確定深度下的樣品采集，其采樣管的最大采樣。該鉆具的設計回轉轉速為 100~150 r /min，鉆進功耗為 4~8W，當鉆具，鉆具將提升 1 mm 來釋放取芯管，然后再鉆進 20s 后向上收回取芯管，具體采樣過程如下圖 1.3 所示。當 SD2 采樣機構鉆進堅硬巖石時，可達到 220N，進給速度約為 1mm/min。SD2 鉆取采樣裝置的反作用力，單次采樣量約為 40mm3。圖 1.2 SD2 采樣機構

【參考文獻】

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本文編號：2749378