基于DEM-CFD方法的火星尘颗粒对航天器作用机理的研究

发布时间：2020-10-15 03:43

　　 火星尘是覆盖在火星表面的一层强粘附性很强的粉末性物质,很容易沉积在探测器的表面或者进入探测器结构与机构的间隙,造成探测器太阳电池帆板的功率下降以及结构与机构的摩擦磨损。目前已经有多个探测器由于沉积火星尘功率下降,无法正常工作。因此研究火星尘颗粒在航天器表面的累积和除尘对于火星探测意义重大。本文将基于离散元中的颗粒接触力学研究火星尘颗粒在航天器表面的临界累积风速和火星尘颗粒的临界启动风速。基于离散元理论分析火星尘-航天器碰撞以及火星尘-粒床碰撞过程中的粘弹性损耗和阻尼损耗;根据能量损耗,建立火星尘颗粒的临界累积风速模型,并根据恢复系数的变化趋势,分析临界累积风速对火星尘颗粒累积的截断效应;最后分析颗粒粒径和碰撞参数对颗粒临界累积风速的影响,建立火星尘颗粒临界累积风速的随机模型。对火星尘-航天器接触、火星尘-粒床接触的接触状态进行数学描述。然后通过分析火星尘火星尘-航天器接触和火星尘-粒床接触时受到的范德华力、电场力、静电力和火星大气流场力,建立火星尘颗粒启动的条件和临界启动风速模型。分析颗粒粒径和接触参数对火星尘颗粒临界启动风速的影响,最后建立火星尘临界启动风速的随机模型。通过图像分析对火星尘颗粒进行图像处理,选取典型的火星尘颗粒形状,并基于团颗粒法对火星尘颗粒进行离散元建模。建立火星尘颗粒累积和启动的DEMCFD模型,并进行风洞实验对仿真模型进行参数匹配。进行不同粒径、不同形状的火星尘颗粒累积和启动仿真,得到累积率和除尘率的仿真值,并与理论结果进行误差分析。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V476.4;V520
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 火星尘研究现状.1 火星尘对火星探测器的影响效应概况火星尘主要是由于火星陨石体在火星形成过程中的反复碰撞、地层构造及火星近地表的风沙运动形成。火星尘本质上成分与火星壤是相同的，但颗粒的粒径与火星壤相比更小，因而也表现出高粘附特性，容易沉积在航阳能帆板和其他结构与机构表面。美国自 1975 年开始，相继进行了“海盗号”、“探路者号”和“凤凰号”等多动。在火车探测活动中，“海盗号”探测器、“索杰纳”火星车和“凤凰号”都星表面并发回照片，从照片可以看出火星表面平原地带有大量的尘埃覆盖-1 所示[1,2,3]。在“海盗号”着陆点拍摄的图像显示，漂移火星尘的粒径在 其他四个探测器也拍摄到大量的火星尘颗粒，粒径在微米级别。根据计表层大气中火星尘的平均密度约为 1.8x10-7kg/m3[4,5]。

图 1-2 被火星尘覆盖的好奇号火星车[9] 由于火星尘颗粒细小、形状不规则机构表面的火星尘颗粒与接触面发的磨粒，会在航天器结构与机构表面更为严重。虽然查阅的火星尘相关描述，但是根据早年月球探测的经验火星尘的研究起步早，相对比较成熟。但图显示，火星表面覆盖有一层颗粒细火星尘的粒径分布如图 1-4 所示。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文圆、椭圆和不规则形状等，这些颗粒粒径小于 1mm表面的碎屑岩表面覆盖了一层火星尘, 如图 1-3-c) 夫撞击坑进行了平板压实实验，从实验的纤维图像可小，容易通过范德华力和静电力发生粘聚如图 1-3-da) 好奇号挖产 b) 好奇号留下的车辙
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 ;“好奇”号首次分析火星土壤[J];科学世界;2013年01期

2 许春;王成良;;火星探测技术综述[J];红外;2008年07期

相关博士学位论文 前1条

1 薛龙;工程用模拟火星壤研制与地面力学参数就位估计研究[D];吉林大学;2017年

本文编号：2841639