月面鉆進(jìn)采樣過程鉆具熱特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、月壤鉆取是我國月面探測重要任務(wù)之一，保證鉆進(jìn)過程的熱安全性十分重要。面對月球高真空、高低溫等不利環(huán)境，本文以鉆具熱安全性和可靠性為目標(biāo)，開展鉆具鉆進(jìn)過程熱特性研究，研究鉆具在鉆取模擬月壤過程中自身溫升以及其向模擬月壤傳熱情況。
　　首先，本文基于熱阻理論，建立了月壤導(dǎo)熱模型，分析了月壤導(dǎo)熱機(jī)理。利用離散元方法仿真驗(yàn)證了基于Hertz理論的粗糙月壤熱導(dǎo)與顆粒表面粗糙度的關(guān)系。針對粗糙月壤表面形貌具有自相似性特征，本文基于分形理論，根

2、據(jù)月壤表面粗糙度，估算了能夠合理描述月壤接觸輪廓線的分形維數(shù)。假設(shè)接觸變形為彈性變形，借助Weierstrass-Mandelbrot函數(shù)繪制出合理的特征參數(shù)下月壤接觸熱導(dǎo)與表面粗糙度的關(guān)系曲線。
　　其次，本文基于傅里葉一維導(dǎo)熱模型，研制了采用熱流計法的真空導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置，該裝置可測量模擬月壤在真空及高溫下的導(dǎo)熱系數(shù)。利用該裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了中真空環(huán)境及其它真空度下不同溫度的模擬月壤導(dǎo)熱系數(shù)值，分析了溫度及真空度對模擬

3、月壤導(dǎo)熱系數(shù)的影響。
　　再次，本文基于離散元方法，利用離散元軟件對月面鉆進(jìn)采樣過程中月壤接觸鉆具導(dǎo)熱情況進(jìn)行了仿真分析。針對月壤顆粒形態(tài)，對月壤進(jìn)行建模，建立了四種形式的月壤仿真模型。根據(jù)月壤性質(zhì)，設(shè)置仿真中合理的物理參數(shù)。根據(jù)仿真中月壤表現(xiàn)出的傳熱方式總結(jié)了月壤導(dǎo)熱后鉆頭所經(jīng)區(qū)域月壤的溫度分布規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對這一過程月壤從鉆具導(dǎo)熱量的預(yù)測。
　　最后，本文開展了鉆具熱特性試驗(yàn)研究，使用全參數(shù)鉆取采樣試驗(yàn)臺，利用采樣鉆具針對模