基于鉆具-月壤相互作用模型的鉆進(jìn)取心性能研究.pdf

1、本課題針對我國探月三期工程的任務(wù)目標(biāo)，為實現(xiàn)月面鉆取采樣機(jī)構(gòu)的輕量化、低功耗、高效率和高可靠設(shè)計，在分析國外地外天體鉆取采樣技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于土力學(xué)理論、巖土鉆掘工程學(xué)，結(jié)合月壤的機(jī)械和物理特性，對其核心執(zhí)行部件——采樣鉆具與月壤間的相互作用力學(xué)模型進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，包括空心外螺旋鉆桿與月壤間的相互作用力學(xué)模型研究和取心鉆頭與月壤間的相互作用力學(xué)模型研究。在此基礎(chǔ)上，通過參數(shù)影響分析，對月面采樣鉆具在月壤中的鉆進(jìn)取心特性進(jìn)行了研究。

2、>　　根據(jù)空心外螺旋鉆桿與月壤間的相互作用機(jī)理，本文提出了一種空心外螺旋鉆桿與月壤相互作用的等效模型——光桿模型，該模型能夠?qū)⒖招耐饴菪@桿與月壤間的相互作用統(tǒng)一等效至空心外螺旋鉆桿外包絡(luò)面上進(jìn)行分析。通過對光桿模型微元進(jìn)行運動學(xué)分析，建立了光桿模型與月壤相互作用的力學(xué)模型。通過分析光桿模型表面月壤應(yīng)力在深度方向的變化規(guī)律，結(jié)合光桿模型微元的準(zhǔn)靜力學(xué)分析，建立了空心外螺旋鉆桿阻力矩和輔助鉆壓力關(guān)于月壤參數(shù)、鉆桿參數(shù)和鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的解析模

3、型。
　　結(jié)合月面采樣鉆具的工藝和需求，本文提出了一種復(fù)合式月壤取心鉆頭，該鉆頭同時具備切削破碎、排屑和阻隔取心等功能。通過分析取心鉆頭與月壤間的相互作用機(jī)理，基于切削具作用土壤的失效機(jī)理和臨界深度預(yù)測模型，對月壤在取心鉆頭切削具作用下的失效機(jī)理進(jìn)行了研究。通過分析取心鉆頭切削具實際切削角，結(jié)合切削具作用月壤的失效機(jī)理，建立了切削具與月壤相互作用的力學(xué)模型，并給出了切削具切削力的解析模型。通過疊加切削具切削阻力矩，建立了取心鉆頭在

4、恒鉆壓力作用下的阻力矩解析模型。
　　基于空心外螺旋鉆桿與月壤相互作用力學(xué)模型，給出了鉆桿參數(shù)和鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)對鉆桿阻力矩、輔助鉆壓力、功率和進(jìn)尺速度的影響分析。為了便于取心鉆頭切削具作用月壤失效角的準(zhǔn)確和快速搜索，建立了一種失效角預(yù)估模型?；谌⌒你@頭與月壤相互作用力學(xué)模型，給出了切削具作用月壤失效距離、取心鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)、月壤外摩擦角和鉆壓力對取心鉆頭阻力矩的影響分析。參數(shù)影響分析對鉆具與月壤間的相互作用進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述，為月面鉆取