三种典型模拟月壤的冲击反射波特性研究

发布时间：2025-05-15 06:06

　　月表采样返回是探月活动中具有重要意义的一环,我国月面无人自主采样任务的主要目标是获取月表以下2m深且具有连续层理信息的月壤样品并返回地球,研究表明由于月壤形成过程的特殊性,使月壤具有不同于地球土壤的物理力学特性,钻具底端月壤材料的不同会对钻取采样工作造成影响。以采样钻具的外径和进样口直径尺寸为参考标准,把月壤分为代表性的小尺度均质月壤、临界尺度颗粒月壤和大尺度月岩三种,分别代表三种钻进工况。通过对三种模拟月壤进行冲击试验和仿真,研究反射波在钻具中传播特性,通过本文研究为无人自主钻取采样工作中钻具底端月壤工况识别提供参考。基于弹性力学、材料力学和波动力学理论建立了冲击作用下钻具与月壤相互作用关系模型。将月壤钻进取芯工况按照月壤粒径分布划分为均质月壤、临界尺度颗粒和岩石三类,推导了冲击作用下应力波在钻具中传播的速度与应力变化关系方程,分析了两者之间的对应关系,解释了应力波在不同介质界面间传播的原理和特点,得到了应力波在不同介质界面间的传播规律。利用有限元软件对钻具与月壤接触的冲击过程进行仿真模拟,分别开展了空载冲击、均质月壤冲击、临界尺度颗粒冲击和月岩冲击的研究工作,得到了应力波反射波在不同...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1前苏联Luna16/20探测器示意图

自二十世纪五十年代前苏联发射世界上第一个无人月球探测器以来,人类已成功地对月球、火星、彗星和小行星进行了软着陆地质调查和样品采集,地外无人自主钻取采样技术也随之发展。1970-1976年,前苏联先后发射Luna-16/20/24三个月球无人自动钻取采样返回探测器,这三种探测器直接....

图1-2前苏联Luna-24探测器采集的月壤实物图

图1-1前苏联Luna16/20探测器示意图Luna-16、20探测器如图1-1所示,实现了月面浅层样品的采集。其中,Luna-16钻进深度仅为350mm,采集返回的完整岩心样品仅为101g[20];Luna-20由于着陆点的改变,发生了一些故障,最终钻进深度为250mm,在后1....

图1-3宇航员手持电动钻机取样示意图

20世纪70年代,美国成功实现了6次载人登月活动,获得了2196个单独月壤样品,总重量为381.7kg,其中Apollo11号载人飞船在1969年7月16日实现了人类历史上首次载人登月并成功的采集月壤样品返回[25,26]。与前苏联月面钻取采样不同的是,美国Apollo系列采用....

图1-4 Apollo系列月面采样实景及取回月壤图

图1-3宇航员手持电动钻机取样示意图20世纪70年代中期,全世界月球探测活动进入“冷寂期”。直到1989年7月20日,为纪念“阿波罗”飞船登月20周年,美国前总统乔治·布什提出了重返月球计划,在此期间,日本于1990年成功发射其首个月球探测器“飞天”(HITEN)。随后,美国发射....

本文编号：4046364