火星塵是覆蓋在火星表面的一層強(qiáng)粘附性很強(qiáng)的粉末性物質(zhì),很容易沉積在探測器的表面或者進(jìn)入探測器結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)的間隙,造成探測器太陽電池帆板的功率下降以及結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)的摩擦磨損。目前已經(jīng)有多個(gè)探測器由于沉積火星塵功率下降,無法正常工作。因此研究火星塵顆粒在航天器表面的累積和除塵對(duì)于火星探測意義重大。本文將基于離散元中的顆粒接觸力學(xué)研究火星塵顆粒在航天器表面的臨界累積風(fēng)速和火星塵顆粒的臨界啟動(dòng)風(fēng)速。基于離散元理論分析火星塵-航天器碰撞以及火星塵-粒床碰撞過程中的粘彈性損耗和阻尼損耗;根據(jù)能量損耗,建立火星塵顆粒的臨界累積風(fēng)速模型,并根據(jù)恢復(fù)系數(shù)的變化趨勢,分析臨界累積風(fēng)速對(duì)火星塵顆粒累積的截?cái)嘈?yīng);最后分析顆粒粒徑和碰撞參數(shù)對(duì)顆粒臨界累積風(fēng)速的影響,建立火星塵顆粒臨界累積風(fēng)速的隨機(jī)模型。對(duì)火星塵-航天器接觸、火星塵-粒床接觸的接觸狀態(tài)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。然后通過分析火星塵火星塵-航天器接觸和火星塵-粒床接觸時(shí)受到的范德華力、電場力、靜電力和火星大氣流場力,建立火星塵顆粒啟動(dòng)的條件和臨界啟動(dòng)風(fēng)速模型。分析顆粒粒徑和接觸參數(shù)對(duì)火星塵顆粒臨界啟動(dòng)風(fēng)速的影響,最后建立火星塵臨界啟動(dòng)風(fēng)速的隨機(jī)模型。通過圖像分析對(duì)火星塵顆粒進(jìn)行圖像處理,選取典型的火星塵顆粒形狀,并基于團(tuán)顆粒法對(duì)火星塵顆粒進(jìn)行離散元建模。建立火星塵顆粒累積和啟動(dòng)的DEMCFD模型,并進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)對(duì)仿真模型進(jìn)行參數(shù)匹配。進(jìn)行不同粒徑、不同形狀的火星塵顆粒累積和啟動(dòng)仿真,得到累積率和除塵率的仿真值,并與理論結(jié)果進(jìn)行誤差分析。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V476.4;V520
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 火星塵研究現(xiàn)狀.1 火星塵對(duì)火星探測器的影響效應(yīng)概況火星塵主要是由于火星隕石體在火星形成過程中的反復(fù)碰撞、地層構(gòu)造及火星近地表的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)形成。火星塵本質(zhì)上成分與火星壤是相同的，但顆粒的粒徑與火星壤相比更小，因而也表現(xiàn)出高粘附特性，容易沉積在航陽能帆板和其他結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)表面。美國自 1975 年開始，相繼進(jìn)行了“海盜號(hào)”、“探路者號(hào)”和“鳳凰號(hào)”等多動(dòng)。在火車探測活動(dòng)中，“海盜號(hào)”探測器、“索杰納”火星車和“鳳凰號(hào)”都星表面并發(fā)回照片，從照片可以看出火星表面平原地帶有大量的塵埃覆蓋-1 所示[1,2,3]。在“海盜號(hào)”著陸點(diǎn)拍攝的圖像顯示，漂移火星塵的粒徑在 其他四個(gè)探測器也拍攝到大量的火星塵顆粒，粒徑在微米級(jí)別。根據(jù)計(jì)表層大氣中火星塵的平均密度約為 1.8x10-7kg/m3[4,5]。

圖 1-2 被火星塵覆蓋的好奇號(hào)火星車[9] 由于火星塵顆粒細(xì)小、形狀不規(guī)則機(jī)構(gòu)表面的火星塵顆粒與接觸面發(fā)的磨粒，會(huì)在航天器結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)表面更為嚴(yán)重。雖然查閱的火星塵相關(guān)描述，但是根據(jù)早年月球探測的經(jīng)驗(yàn)火星塵的研究起步早，相對(duì)比較成熟。但圖顯示，火星表面覆蓋有一層顆粒細(xì)火星塵的粒徑分布如圖 1-4 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文圓、橢圓和不規(guī)則形狀等，這些顆粒粒徑小于 1mm表面的碎屑巖表面覆蓋了一層火星塵, 如圖 1-3-c) 夫撞擊坑進(jìn)行了平板壓實(shí)實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)的纖維圖像可小，容易通過范德華力和靜電力發(fā)生粘聚如圖 1-3-da) 好奇號(hào)挖產(chǎn) b) 好奇號(hào)留下的車轍
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 ;“好奇”號(hào)首次分析火星土壤[J];科學(xué)世界;2013年01期

2 許春;王成良;;火星探測技術(shù)綜述[J];紅外;2008年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 薛龍;工程用模擬火星壤研制與地面力學(xué)參數(shù)就位估計(jì)研究[D];吉林大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2841639