基于鉆具-月壤相互作用模型的鉆進取心性能研究.pdf

1、本課題針對我國探月三期工程的任務目標，為實現(xiàn)月面鉆取采樣機構(gòu)的輕量化、低功耗、高效率和高可靠設(shè)計，在分析國外地外天體鉆取采樣技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于土力學理論、巖土鉆掘工程學，結(jié)合月壤的機械和物理特性，對其核心執(zhí)行部件——采樣鉆具與月壤間的相互作用力學模型進行了基礎(chǔ)研究，包括空心外螺旋鉆桿與月壤間的相互作用力學模型研究和取心鉆頭與月壤間的相互作用力學模型研究。在此基礎(chǔ)上，通過參數(shù)影響分析，對月面采樣鉆具在月壤中的鉆進取心特性進行了研究。

2、>　　根據(jù)空心外螺旋鉆桿與月壤間的相互作用機理，本文提出了一種空心外螺旋鉆桿與月壤相互作用的等效模型——光桿模型，該模型能夠?qū)⒖招耐饴菪@桿與月壤間的相互作用統(tǒng)一等效至空心外螺旋鉆桿外包絡面上進行分析。通過對光桿模型微元進行運動學分析，建立了光桿模型與月壤相互作用的力學模型。通過分析光桿模型表面月壤應力在深度方向的變化規(guī)律，結(jié)合光桿模型微元的準靜力學分析，建立了空心外螺旋鉆桿阻力矩和輔助鉆壓力關(guān)于月壤參數(shù)、鉆桿參數(shù)和鉆進規(guī)程參數(shù)的解析模

3、型。
　　結(jié)合月面采樣鉆具的工藝和需求，本文提出了一種復合式月壤取心鉆頭，該鉆頭同時具備切削破碎、排屑和阻隔取心等功能。通過分析取心鉆頭與月壤間的相互作用機理，基于切削具作用土壤的失效機理和臨界深度預測模型，對月壤在取心鉆頭切削具作用下的失效機理進行了研究。通過分析取心鉆頭切削具實際切削角，結(jié)合切削具作用月壤的失效機理，建立了切削具與月壤相互作用的力學模型，并給出了切削具切削力的解析模型。通過疊加切削具切削阻力矩，建立了取心鉆頭在

4、恒鉆壓力作用下的阻力矩解析模型。
　　基于空心外螺旋鉆桿與月壤相互作用力學模型，給出了鉆桿參數(shù)和鉆進規(guī)程參數(shù)對鉆桿阻力矩、輔助鉆壓力、功率和進尺速度的影響分析。為了便于取心鉆頭切削具作用月壤失效角的準確和快速搜索，建立了一種失效角預估模型?；谌⌒你@頭與月壤相互作用力學模型，給出了切削具作用月壤失效距離、取心鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)、月壤外摩擦角和鉆壓力對取心鉆頭阻力矩的影響分析。參數(shù)影響分析對鉆具與月壤間的相互作用進行了數(shù)學描述，為月面鉆取