【摘要】： 月面探測(cè)車輛是各種探測(cè)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(cè)考察的需要,由于月壤可通過能力差,且探測(cè)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(cè)車輛牽引性能,對(duì)其性能評(píng)估及面向月球的高通過性行走機(jī)構(gòu)研制具有重要意義。 本文針對(duì)月面探測(cè)車輛驅(qū)動(dòng)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(yàn)用模擬月壤,研制了月壤-車輪土槽測(cè)試系統(tǒng),設(shè)計(jì)了不同結(jié)構(gòu)尺寸的被試輪。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了月面探測(cè)車輛驅(qū)動(dòng)輪牽引性能試驗(yàn),分析了驅(qū)動(dòng)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(dòng)輪的牽引性能。在土槽試驗(yàn)與車輛-地面力學(xué)研究成果基礎(chǔ)上,建立了月面探測(cè)車輛驅(qū)動(dòng)輪與月壤相互作用關(guān)系數(shù)學(xué)模型,通過壓板試驗(yàn)和履帶板試驗(yàn)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(cè)車輛驅(qū)動(dòng)輪牽引性能進(jìn)行了仿真分析。最后,本文使用顆粒流程序(PFC2D)細(xì)觀分析了微重力條件下驅(qū)動(dòng)輪與月壤相互作用關(guān)系,得出了驅(qū)動(dòng)輪下月壤顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、孔隙率變化、速度分布、接觸力場(chǎng)等規(guī)律以及微重力條件下驅(qū)動(dòng)輪的牽引性能。以上研究可為月面探測(cè)車輛行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析與驗(yàn)證、原理樣機(jī)研制奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：P184.58
【圖文】：

設(shè)計(jì)上受到嚴(yán)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(qiáng)烈等因素，這些環(huán)境條件對(duì)探測(cè)車輛的行走和通過都會(huì)有一定影響[5，6，13]。另外，對(duì)于月面探測(cè)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(cè)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(cè)車輛牽引性能，對(duì)于其性能評(píng)估及面向月球的高通過性行走機(jī)構(gòu)研制具有重要意義。圖 1-2 中的(a)、(b)、(c)分別為國(guó)外工作在松軟行星路面上的深空探測(cè)車，由圖可知，這三種探測(cè)車輛的驅(qū)動(dòng)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(guó)內(nèi)具有代表性的月面探測(cè)車輛原理樣機(jī)，以及進(jìn)行的相應(yīng)野外和實(shí)驗(yàn)室通過性能試驗(yàn)，這三種探測(cè)車輛的驅(qū)動(dòng)輪均為剛性輪。a 美國(guó)制造的索杰納火星車 b 前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)制造了第一輛月球車 c 美國(guó)月球車 1 號(hào)

(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(duì)月面探測(cè)車輛通過性能的影響；(5) 探測(cè)車輛的行駛性和月壤的可通過性。包括探測(cè)車輛通過性能指標(biāo)、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(cè)試、牽引力的測(cè)試及計(jì)算、驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)及其對(duì)探測(cè)車輛作業(yè)性能的影響。月面探測(cè)車輛在各種地表上進(jìn)行的行駛阻力需要通過各種模擬環(huán)境進(jìn)行測(cè)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(jìn)行合理模擬試驗(yàn)。圖 1-3 中的 a、b、c 和 d 為國(guó)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行的不同探測(cè)車輛試驗(yàn)土槽；圖 1-3 中的 e 和 f 為履帶式行星探測(cè)車輛進(jìn)行通過性能試驗(yàn)。a 日本空間技術(shù)研究院[90]b 德國(guó)空間模擬研究院[83]c NASA Glenn 研究中心[89]

車輛行走機(jī)構(gòu)，保證和提高探測(cè)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(yàn)用月壤關(guān)系到試驗(yàn)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(duì)月面探測(cè)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(jī)械性質(zhì)的平均值和最佳估計(jì)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(diǎn)是模擬真實(shí)月壤的物理機(jī)械性質(zhì)，該模擬月壤能夠適用于月面探測(cè)車輛牽引性能土槽實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(zhǎng)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(jìn)行模擬月壤研究。

【引證文獻(xiàn)】

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(yàn)技術(shù)研究進(jìn)展[J];汽車科技;2013年02期

2 王哲;高峰;陳志偉;孫鵬;;基于地面力學(xué)的月面巡視探測(cè)器動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)交互仿真研究[J];振動(dòng)與沖擊;2011年07期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 譚松成;段隆臣;高輝;;重力環(huán)境對(duì)月壤三軸模擬試驗(yàn)結(jié)果的影響分析[A];顆粒材料計(jì)算力學(xué)研究進(jìn)展[C];2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 朱洪前;復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下的深海采礦機(jī)器人軌跡跟蹤研究[D];中南大學(xué);2010年

2 李所軍;月球探測(cè)車搖臂懸架設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化與折展實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 宋洪健;車輪在松軟地面上滾動(dòng)過程的仿真軟件研制[D];吉林大學(xué);2011年

2 盧智利;蚶類表面形貌磨料磨損行為的試驗(yàn)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(jī)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(yàn)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(hào)：2745353