月面巡视探测器移动性能地面验证关键技术研究

admin · 发表于 2024-2-7 12:29:21

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月面巡视探测器是能适应月球环境，携带科学探测仪器在月面进行巡视探测，并把探测数据传送回地球的一种探测工具。月面巡视探测器独特的移动机构和特殊的工作环境，决定了必须构建一系列有别于常规车辆的移动性能地面验证方法。本文围绕月面巡视探测三大关键因素--松软月壤、地形障碍及月尘颗粒，以可变直径轮月面巡视探测器为载体，对探测器移动性能地面试验验证及仿真模拟的关键技术展开了研究。首先依据月面探测成果，对月壤、月尘、月面障碍及地形地貌环境进行了总结与分析。基于月面地形研究成果，汇总了环形坑与石块两种典型障碍的分布特性。针对月尘颗粒不规则、棱角多的几何特性，通过应用特征参数表示法，完成了对不同外型特征月尘颗粒群的区别描述，为后续摩擦磨损细观作用研究提供了有效支持。参考地面车辆研究成果，对月面巡视探测器移动性能试验进行了设计研究。基于月面典型障碍类型及其分布函数，分别提出了越障试验池及基于泊松分布的越避障试验区设计，并对月尘环境模拟进行了探讨。围绕松软月壤特性，展开探测器牵引通过性能的试验测试与仿真模拟。基于土槽试验台，进行了驱动轮在模拟月壤条件下的牵引通过性试验。借鉴离散元法思路，提出了一种基于土体柱状离散的车轮--软土相互作用模型。应用地面力学Bekker承压理论及Mohr-Coulomb准则，定义了轮体与微柱体土壤颗粒群的多体接触，兼顾解算速度与解算精度实现了驱动轮与松软模拟月壤的仿真。利用虚拟现实仿真工具Vortex API及VC++9.0编程构建了基于地面力学的探测器移动性能实时交互系统。通过推导并应用推土阻力修正模型，得到了与土槽试验结果较为吻合的单轮软土模型。基于单轮建模基础，对北航汽车系自主研发的可变直径轮巡视探测器进行了建模，实现了探测器整车在虚拟月壤月面环境下的巡游。围绕月尘颗粒特性，以其带来的摩擦磨损及卡滞失效为主要研究对象，分析了月尘环境下可变直径轮含间隙轮毂的机构可靠性。从柔性轮变径原理及变径策略对比出发，得到了轮毂驱动力矩曲线，并基于此构建了卡滞失效功能函数，进行了可靠度计算及参数敏感性分析，最后给出了提高可靠度的改进设计方法。

月面巡视探测器移动性能地面验证关键技术研究

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