沖擊式月壤剖面貫入器潛入負載特性研究.pdf

1、隨著深空探測的進展，人類對地外天體的科學考察從星體表面逐漸深入到內(nèi)部。次表層星壤剖面含有豐富的地質(zhì)學及星表環(huán)境信息，是研究天體起源及演化過程的重要探測目標。沖擊式貫入器作為一種輕小型、低功耗的無人自主潛入式探測器，是原位探測次表層月壤剖面的有效手段之一。本文以提高沖擊式貫入器潛入能力為目標，重點對沖擊式貫入器潛入負載特性開展研究。
　　結(jié)合月壤的物理力學性質(zhì)，分析了月壤剖面沖擊擠密潛入原理。根據(jù)沖擊式貫入器機構(gòu)組成，將其簡化為“質(zhì)

2、量—彈簧”系統(tǒng)。通過分析貫入器一個工作周期的運動過程與能量傳遞規(guī)律，總結(jié)了影響貫入器潛入能力的主要因素。
　　利用摩爾—庫侖強度理論與極限平衡條件，建立了潛頭擠密潛入原態(tài)月壤的負載模型，計算得到錐形、外凸、內(nèi)凹弧形三種潛頭構(gòu)型對潛入負載特性的影響規(guī)律，為潛頭構(gòu)型優(yōu)化提供理論基礎。利用朗肯被動土壓力理論，建立了貫入器側(cè)壁摩擦負載模型，指導貫入器殼體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。
　　研制了貫入器恒速潛入負載特性試驗系統(tǒng)。開展了錐形、外凸、內(nèi)凹

3、弧形三種構(gòu)型潛頭潛入負載特性試驗，試驗結(jié)果驗證了潛頭負載模型的正確性；開展了貫入器殼體潛入負載特性試驗，分析了殼體構(gòu)型參數(shù)對潛入負載特性的影響。綜合負載模型與試驗結(jié)果，優(yōu)選出貫入器構(gòu)型與構(gòu)型參數(shù)。
　　為提高貫入器潛入能力，對貫入器“質(zhì)量—彈簧”系統(tǒng)參數(shù)進行了匹配。利用多體動力學軟件對參數(shù)匹配結(jié)果進行仿真驗證，并研究了月面低重力環(huán)境對貫入器潛入性能的影響。利用貫入器構(gòu)型優(yōu)化結(jié)果，遵循輕量化、小型化的設計原則，研制了沖擊式貫入器原理