载人月球车柔性金属车轮结构设计与分析

发布时间：2017-12-14 18:37

  本文关键词：载人月球车柔性金属车轮结构设计与分析

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【摘要】：目前我国已经成功完成了嫦娥三号任务。根据规划我国也将于2025年左右实现载人登月。月球车表面复杂而恶劣的环境对载人月球车的牵引性能、承载能力和舒适性提出了更高的要求,而由于月表白天温度可达150摄氏度,晚上最低零下180摄氏度,使得地球上比较成熟的橡胶轮胎技术无法应用到月球上,因此载人月球车车轮的研究相对于月球车其他部分来说是一个比较全新的领域,从而使载人月球车车轮成为了目前各航天机构的重点研究内容。本文主要对载人月球车柔性金属车轮结构进行了相关研究,针对Apollo载人月球车车轮牵引力不足造成的严重打滑现象提出了XCU型的柔性金属车轮结构,根据车辆地面力学和塑性土壤力学的相关理论对XCU型车轮和Apollo载人月球车车轮在月表不同路面上的行驶能力进行了深入的研究和分析,本论文主要研究内容如下:(1)阐述了XCU型车轮构型的设计思路,利用soildworks软件进行了相关零部件的三维建模,并利用其自带的simulation模块对车轮各组成部分进行了相关的力学分析,结果显示车轮各组成部分的构型满足力学要求。(2)本文基于车辆地面力学、塑性土壤力学等相关理论知识将载人月球车在月球表面行驶时可能遇到的路面情况进行了归纳总结,提出并分别构建了Apollo载人月球车车轮和XCU型车轮在松软月壤路面、混有火山玻璃的松软月壤路面、坚硬岩石路面三种基本路面上行驶时的力学模型,并对两种车轮分别进行了挂钩牵引力的计算,此外又对两种车轮在混有火山玻璃的坚硬岩石路面、松软月壤与坚硬岩石组合路面以及混有火山玻璃的松软月壤路面与坚硬岩石路面的组合面上的行驶情况进行了相关的对比分析和计算。与其他相关研究对比本文建立的车轮路面工况更加的丰富和全面,相比以往的单一松软月壤路面的相关分析和研究,本文能够在多个不同路面对车轮的牵引能力做出对比,分析结果更具有参考价值。且通过最终计算发现XCU型车轮除了在岩石路面上的牵引能力不及Apollo车轮,其他路面的表现均好于Apollo车轮。(3)基于车辆的爬坡、越障、和跨越沟壑能力需要通过动力学软件或相关实验进行验证,因此本文利用Adams软件对两种车轮的车辆进行了动学学仿真性,利用soildworks软件建立车架和路面的三维模型,然后将车架分别与Apollo月球车车轮和XCU型车轮进行装配,在定义好车辆与路面的接触模型之后导入到Adams软件中分别进行两种车辆的爬坡、跨越壕沟和越障的模拟分析,其中爬坡分析时的坡道有两种分别为20o和25o的坡道,壕沟宽度为0.4m,越障分析时包括了车辆双边越障和单边越障,障碍物高度均为0.3m,最终通过对比分析发现装有XCU型车轮的月球车在越障上的表现明显好于Apollo载人月球车,尤其是单边越障,其他路况两种车辆表现均良好。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V476.3

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本文编号：1288967