本文關(guān)鍵詞：雙螺旋阻隔式月壤取芯鉆具設(shè)計(jì)及其性能研究

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【摘要】：鉆取采樣可獲取保持層序信息的月壤樣品,這種樣品對(duì)開展月球科學(xué)研究具有重要價(jià)值。針對(duì)我國(guó)探月三期鉆取采樣任務(wù)目標(biāo),在月面低重力、高真空、大溫差等苛刻環(huán)境下,取芯鉆具需要面對(duì)月壤剖面粒徑分布不確定性風(fēng)險(xiǎn),以較小的功耗,獲得較高的取芯率。為此,取芯鉆具的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證方法研究,具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。以我國(guó)探月三期鉆取采樣取芯鉆具研制為工程背景,開展以下研究工作。對(duì)月壤特性進(jìn)行分析并研究實(shí)驗(yàn)用模擬月壤的制備方法。對(duì)比分析國(guó)際上有關(guān)月壤特性的文獻(xiàn)資料,建立月壤體密度和內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)學(xué)模型。以力學(xué)等效、參數(shù)范圍覆蓋等效為目標(biāo),提出針對(duì)鉆取采樣實(shí)驗(yàn)用的模擬月壤制備方法,為取芯鉆具的鉆進(jìn)性能、取芯性能驗(yàn)證提供標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)樣本。阻隔式取芯鉆頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)研究�；谠氯缽椝苄阅Ｐ徒⑷⌒俱@頭切屑月壤的負(fù)載模型,將取芯鉆頭的鉆進(jìn)功耗分解為切削和基體摩擦功耗,解釋取芯鉆頭功耗曲線隨深度變化的原因,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論分析的正確性。建立阻隔環(huán)構(gòu)型對(duì)取芯性能影響的數(shù)學(xué)模型,分析結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)樣芯原有狀態(tài)的影響,完成鉆頭構(gòu)型和功能參數(shù)設(shè)計(jì)。通過仿真模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證阻隔環(huán)結(jié)構(gòu)鉆頭構(gòu)型及其功能參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性和優(yōu)越性。雙螺旋鉆桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)研究。建立雙螺旋鉆桿的輸土能力以及輸土功耗數(shù)學(xué)模型,分析結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)鉆桿性能的影響,并開展鉆桿螺旋升角、槽寬比和翼高的優(yōu)化設(shè)計(jì)。引入飛行階段、月面工作階段取芯鉆具的力學(xué)邊界條件,對(duì)鉆桿的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行校核分析。研制雙螺旋鉆桿優(yōu)選實(shí)驗(yàn)件,通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證雙螺旋鉆桿設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。研究取芯鉆具針對(duì)多種月壤鉆進(jìn)工況的適應(yīng)性并進(jìn)行評(píng)價(jià)。依據(jù)著陸區(qū)月壤剖面粒徑分布具有多樣性和隨機(jī)性的特點(diǎn),結(jié)合取芯鉆具結(jié)構(gòu)參數(shù)的敏感尺寸,制備了小尺度、臨界尺度和大尺度三種典型鉆進(jìn)取芯工況的實(shí)驗(yàn)樣本。建立了取芯鉆具組合體的鉆進(jìn)取芯綜合性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比獲得了取芯鉆具對(duì)多工況模擬月壤的適應(yīng)性評(píng)價(jià)量化指標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P184.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1270740