超声波钻高低温驱动特性分析及试验研究

发布时间：2023-05-07 16:35

　　小行星是太阳系的一类重要天体,人类可借助探测小行星的途径加深对太阳系演变过程的认识,进而探索地球起源等难题。目前附着采样已成为小行星探测关键技术发展的重要方向,该技术将保证探测器可长时间稳固在小行星表面开展钻探采样工作,以获得更加丰富的表层物质信息。考虑到超声波钻的功率低、体积小、重量轻和所需钻压力低等特点,因此尤其适用于在小行星微弱引力环境下开展钻进作业。基于小行星表面存在的高低温环境,本文以超声波钻为研究对象,开展其构型尺寸设计、温度特性分析和高低温驱动特性的仿真及试验研究。基于弹性体振动基本理论,建立超声波钻压电换能器的动力学模型,完成换能器构型尺寸参数设计;利用模态分析获取换能器的纵振振型及其对应工作频率;利用谐响应分析对所设计换能器的输出振动幅度进行预测,评估所设计换能器的驱动特性。基于有限元软件建立压电换能器的三维温度场模型,通过瞬态热力学仿真研究换能器在常温条件运行过程中的温升特性;在此基础上,研究高低温环境和真空度因素对换能器温度分布的影响规律;利用热模态耦合仿真分析高低温环境引起的换能器频率漂移现象,并对高温环境下换能器的热应力分布进行分析研究。研制一种可提供高低温工...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景来源及研究目的和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究的目的和意义
    1.2 国内外的研究现状及分析
        1.2.1 超声波钻探器研究现状
        1.2.2 高低温压电驱动研究现状
        1.2.3 国内外研究现状分析
    1.3 课题主要研究内容
第2章 超声波钻换能器结构设计与分析
    2.1 超声波钻结构及原理
    2.2 压电换能器构型尺寸设计
        2.2.1 换能器构型设计
        2.2.2 驱动材料选型
        2.2.3 换能器动力学模型建立
    2.3 换能器有限元仿真分析
        2.3.1 模态分析
        2.3.2 谐响应分析
        2.3.3 参数灵敏度分析
    2.4 本章小结
第3章 超声波钻换能器热力学仿真分析
    3.1 超声波钻热损耗分析
    3.2 换能器温度场分析
        3.2.1 温度场分析原理
        3.2.2 温度场模型的建立
        3.2.3 温度场分布对比分析
        3.2.4 环境因素的影响
    3.3 换能器频漂特性分析
        3.3.1 热模态仿真分析步骤
        3.3.2 频漂特性仿真结果分析
    3.4 换能器热应力分析
    3.5 本章小结
第4章 超声波钻高低温特性测试平台设计
    4.1 高低温测试平台总体设计
        4.1.1 系统功能要求与性能指标
        4.1.2 系统总体设计方案
    4.2 机械部分设计
        4.2.1 进尺机构设计
        4.2.2 加热箱和升降结构设计
    4.3 控制部分设计
        4.3.1 进尺控制环节设计
        4.3.2 温控环节设计
    4.4 本章小结
第5章 超声波钻驱动特性试验验证
    5.1 超声波钻样机研制
    5.2 超声波钻换能器驱动特性测试
        5.2.1 预紧力矩的影响
        5.2.2 环境温度的影响
    5.3 超声波钻驱动性能测试
        5.3.1 钻压力对钻进效果的影响
        5.3.2 不同钻进介质的适应性
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3810930