着陆器足垫与月壤相互作用研究

发布时间：2017-12-13 08:18

  本文关键词：着陆器足垫与月壤相互作用研究

  更多相关文章： 月壤 模拟月壤 单元体试验 本构模型 界面试验 着陆器 足垫 竖向冲击 接触界面 数值模型 冲击模型 水平滑移

【摘要】：作为地球唯一的自然卫星,月球是探测外太空的理想平台,拥有非常丰富的矿产资源。因此,对月球资源的探测与开发极其重要。世界各航天大国正在紧锣密鼓地开展各自的探月计划。为完成“绕”、“落”、“回”探测任务,我国也正在稳健地实施以月面着陆与巡视为核心的探月二期计划。实现探测器安全平稳着陆是所有月面活动的前提。作为与月壤直接冲击接触的着陆器部件,足垫的力学响应关系到着陆完全及后续工作的实施。因此,对着陆器足垫与月壤相互作用的研究意义重大。 针对着陆过程的运动特性,作者开展了足垫与模拟月壤竖直方向和水平方向的试验、理论和数值研究。在竖直方向上：基于自行研制的冲击装置开展了1/6模型试验,获得了宝贵的冲击试验成果；总结了现有的冲击理论模型,结合试验成果对不同简化模型进行了评价；通过室内试验得到了模拟月壤和接触界面各方面的物理力学参数,成功建立了竖向冲击三维动力有限元模型,获得了足垫冲击过程的动力响应,将数值分析结果与试验结果进行对比,从而验证了模型的合理性,揭示了足垫对月壤的竖向冲击作用。在水平方向上：基于对滑移数学力学模型的研究,利用自行研制的拖曳装置,开展足垫水平滑移的模型试验,揭示了四种不同因素对足垫水平滑移特性的影响。各章节研究内容如下： 1.总结了目前关于月壤、模拟月壤、结构与月壤相互作用以及着陆缓冲机构四方面的研究现状,提出了本硕士论文的研究路线,目的在于揭示足垫与月壤的相互作用。 2.总结了月壤的物理力学性质,探讨了模拟月壤的物理力学性质,并与真实月壤进行比较。基于摩尔库伦模型和剑桥模型的研究,初步建立了模拟月壤的本构模型,结合模拟月壤、福建中级砂和ISO标准砂的静力三轴试验成果,对该本构模型进行验证。 3.基于自行研制的冲击模型试验装置,开展了着陆器足垫冲击的1/6模型试验,获得了冲击接触瞬时足垫的动力响应,测量了冲击作用持续时间,进一步得到了响应峰值与冲击动能的经验关系式。 4.基于145组室内单元体试验成果,获得了模拟月壤以及月壤-足垫界面的试验参数,建立了足垫竖向冲击模拟月壤的三维有限元动力模型,从而获得了足垫冲击模拟月壤瞬时的动力响应结果,通过与3中试验结果进行对比,进一步验证该方法和有限元模型的合理性。 5.由于着陆器足垫的冲击过程为刚体冲击地基土体的过程,作者总结了截至目前学者针对此竖向冲击过程主要的理论模型,并结合3中的试验结果对各理论研究进行综合评价。 6.利用自行研制的水平拖曳模型试验装置,针对模拟月壤的相对密实度、足垫的水平速度、转动角度、刺入深度四个因素,开展了足垫水平滑移试验,研究了四个因素对足垫水平滑移特性的影响,通过与NASA拖曳试验结果的对比,进一步验证试验成果的可靠性。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P184.5

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