月坑对单个和大量月尘颗粒的静电浮扬影响的数值计算分析

发布时间：2017-12-21 03:16

  本文关键词：月坑对单个和大量月尘颗粒的静电浮扬影响的数值计算分析　出处：《天津大学》2013年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：上世纪中后叶，西方发达国家对月球环境进行了一系列探索和研究，，并成功将月球探测器和人类第一次送到了月球，得到了月球环境研究的第一手资料。其中，令宇航员印象非常深刻的现象是月尘对月球探测器设备的强烈腐蚀作用以及月尘在空中的漂浮现象。引起月尘漂浮的因素是多方面的，如微重力、探测器的撞击以及月球表面的静电场环境等等。国内外相关科学家已经对月尘的静电浮扬现象展开了实验和数值计算两方面的研究，分析了太阳角等各种要素对于平坦环境中月尘漂浮现象的影响。但是，月球表面并不总是平坦的，存在大量的月坑。本论文针对月坑环境中的月尘发生静电浮扬现象进行了数值计算，探究了月坑的存在对月尘静电浮扬的影响。研究过程分为两步：首先根据电磁场理论，采用基于Matlab的二维PIC（质点网格法）模拟了月坑环境下月球表面的空间电场，得到了月球表面的电场和电势在月坑周围的空间分布；第二步，基于这一结果，引进了试验粒子模拟月尘颗粒，并考虑了月尘和月球表面的内摩擦力和黏附力，根据运动学方程和电磁场理论，计算了月坑对不同大小的月尘浮扬轨迹的影响，得到了在月坑周围不同位置处能够发生浮扬现象的月尘的最大颗粒半径。另外，本文还研究了0.3m厚的大量月尘在该电磁场环境中的静电浮扬过程，并根据赫兹弹性接触理论和电磁场理论，考虑了颗粒之间的相互碰撞以及带电月尘与空间电场之间的相互影响，采用离散单元法对月坑环境下大量月尘的运动情况进行了数值计算，得到了月尘分布随时间的变化情况，以及动态平衡后月尘在月球表面的分布情况等等。 结果表明，月坑对远处的月尘没有明显的影响，但会影响月坑附近的带电月尘，使它们向月坑内发生迁移，并且带电月尘颗粒半径越小受月坑作用越明显；在月坑侧壁能够发生静电浮扬的月尘最大半径最大，坑外相对较小；带电月尘会使月球表面的电场趋于均匀；当系统达到平衡后，分布在坑内侧壁的月尘数目最多，靠近月坑外围的月表的月尘分布最少，月坑远处的月尘数目和没有月坑时的分布保持一致。 本文的创新点是考虑了月坑环境，并模拟了大量的月尘，考虑了月尘和月球表面之间的黏附力和内摩擦力以及月尘之间的相互碰撞过程。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P184.5

【参考文献】

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1 陈磊;李飞;任德鹏;蔡震波;;月面和近月空间环境及其影响[J];航天器工程;2010年05期

2 王利娟;;等离子体概念、分类及基本特性[J];宜宾学院学报;2009年06期

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本文编号：1314471