月壤样品整形机构低重力展开及样品转移特性试验研究

发布时间：2017-07-18 20:12

  本文关键词：月壤样品整形机构低重力展开及样品转移特性试验研究

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【摘要】：探月三期工程的实施将极大地推动我国对月球土壤钻取技术的发展,成为进一步对其他地外星体探测的技术基础。月壤钻采装置中样品整形机构是其重要组成部分,其功能一方面是对月壤样品软袋进行缠绕整形,将样品安置在样品容器中。另一方面,完成整形后的样品容器发生下落转移运动,落入上升器的密封容器中。此后,整形机构在展开机构的作用下发生避让展开运动,为上升器起飞提供足够的空间。由于月面与地面重力加速度和姿态不同,故整形机构展开及样品转移的低重力模拟试验成为钻取采样技术中重点研究的内容之一。由于传统低重力试验方法不具有普适性,针对展开特性,本文基于拉格朗日模型提出一种新的试验方法,即被动式凸轮廓线力矩补偿法,通过全程抵消重力矩的六分之五而达到模拟低重力的效果。针对样品容器转移特性,本文在低重力试验方法上分别就转移的冲击特性与运动学特性采取了动量等效和力等效的原理。根据低重力模拟原理进行了地面测试装置的结构设计与分析,在展开特性模拟测试装置中重点设计了凸轮廓线与配重组件,分析了其主要承力件的强度刚度。在转移特性模拟测试装置中对驱动装置与姿态角调节装置进行了功能性分析。本文对低重力模拟装置所带来的误差源进行了理论分析。对展开特性模拟装置引入的悬吊点位置、摩擦、凸轮机构非共面等误差源进行了计算,对结构进行改进以便消除或减小误差。对转移特性模拟测试的误差进行分析并计算了受着陆姿态影响时的最大误差量。利用ADAMS进行了整形机构展开特性与样品转移特性的模拟,对展开特性重点仿真了引入误差源时引起的模拟测试误差量以及月面中展开运动参数。对转移特性重点仿真了不同工况下的冲击力、冲击速度,为试验测试提供了对比数据。本文对样品容器的转移运动进行了试验平台的搭建,并分析了样品转移模拟装置测试精度。对样品转移运动分别进行了不同姿态角工况时的冲击特性、运动特性地面低重力模拟测试。结合仿真数据对比分析试验结果,验证了模拟测试装置的有效性。本课题的应用价值在于其试验方法可对其他类似试验提供参考,仿真和试验数据可作为衡量整形机构月面运动特性和产品优化的依据。
【关键词】：月壤样品 整形机构 展开特性 样品转移特性 低重力模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V476.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外低重力模拟技术研究现状及分析11-17
• 1.2.1 国外技术研究现状11-15
• 1.2.2 国内技术研究现状15-16
• 1.2.3 典型技术对比分析16-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 整形机构展开特性模拟试验方法与装置设计19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 整形机构展开特性及测试需求分析19-20
• 2.2.1 整形机构展开特性分析19
• 2.2.2 展开特性测试需求分析19-20
• 2.3 低重力展开模拟试验方法分析20-24
• 2.3.1 试验方法对比分析20-22
• 2.3.2 展开过程动力学模型22-23
• 2.3.3 凸轮廓线配重法原理分析23-24
• 2.4 低重力展开模拟试验装置设计24-28
• 2.4.1 装置结构组成24-25
• 2.4.2 凸轮机构设计25-27
• 2.4.3 凸轮支架承力分析27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 整形机构展开特性测试误差分析与仿真29-48
• 3.1 引言29
• 3.2 测试系统误差源分析29-38
• 3.2.1 误差源单因素分析29-36
• 3.2.2 系统误差综合分析36-38
• 3.3 测试装置结构改进设计38-39
• 3.4 展开特性仿真分析39-47
• 3.4.1 仿真模型的建立39-41
• 3.4.2 装置功能性仿真分析41-43
• 3.4.3 测试误差仿真分析43-44
• 3.4.4 运动学仿真分析44-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 样品转移特性低重力模拟测试装置研制48-61
• 4.1 引言48
• 4.2 测试装置功能需求分析48-49
• 4.3 样品容器转移特性测试方法49-52
• 4.3.1 样品容器转移冲击特性测试方法49-51
• 4.3.2 样品容器转移运动特性测试方法51-52
• 4.4 转移特性测试装置设计与分析52-58
• 4.4.1 装置结构组成52-53
• 4.4.2 内筒释放装置53-55
• 4.4.3 外筒释放装置55-57
• 4.4.4 姿态调节装置57-58
• 4.5 样品转移测试系统集成58-60
• 4.5.1 样品容器转移冲击特性测试系统集成58-59
• 4.5.2 样品容器转移运动特性测试系统集成59-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第5章 样品转移特性低重力模拟试验研究61-77
• 5.1 引言61
• 5.2 低重力模拟测试装置精度分析61-64
• 5.2.1 冲击特性测试精度分析61-63
• 5.2.2 运动特性测试精度分析63-64
• 5.3 样品转移低重力模拟误差分析64-66
• 5.4 样品转移仿真分析66-69
• 5.4.1 运动学仿真模型建立66-67
• 5.4.2 转移特性仿真分析67-69
• 5.5 冲击特性测试分析69-72
• 5.5.1 测试装置标定方法69-70
• 5.5.2 冲击力测试分析70-72
• 5.6 运动特性测试分析72-76
• 5.6.1 试验装置标定方法72-73
• 5.6.2 运动速度测试分析73-75
• 5.6.3 位置偏差测试分析75-76
• 5.7 本章小结76-77
• 结论77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果82-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 徐文福;梁斌;李成;刘宇;强文义;;空间机器人微重力模拟实验系统研究综述[J];机器人;2009年01期

2 林献阳;;多绳摩擦提升钢丝绳防滑方法[J];数字技术与应用;2010年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 何雷;基于外骨骼机构和静平衡原理的重力补偿技术研究[D];北京邮电大学;2013年

2 李贺;新型超声波钻探器驱动特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

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本文编号：559568