月壤样品整形机构低重力展开及样品转移特性试验研究

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。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 国内外低重力模拟技术研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 整形机构展开特性模拟试验方法与装置设计

2.1 引言

2.2 整形机构展开特性及测试需求分析

2.3低重力展开模拟试验方法分析

2.4低重力展开模拟试验装置设计

2.5 本章小结

第3章 整形机构展开特性测试误差分析与仿真

3.1 引言

3.2 测试系统误差源分析

3.3 测试装置结构改进设计

3.4 展开特性仿真分析

3.5 本章小结

第4章 样品转移特性低重力模拟测试装置研制

4.1引言

4.2测试装置功能需求分析

4.3 样品容器转移特性测试方法

4.4转移特性测试装置设计与分析

4.5样品转移测试系统集成

4.6本章小结

第5章 样品转移特性低重力模拟试验研究

5.1 引言

5.2 低重力模拟测试装置精度分析

5.3 样品转移低重力模拟误差分析

5.4样品转移仿真分析

5.5 冲击特性测试分析

5.6 运动特性测试分析

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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