月球车轮扬尘仿真分析和实验的研究

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1、国内图书分类号：V476.3学校代码：10213国际图书分类号：52密级：公开工学硕士学位论文月球车轮扬尘仿真分析与实验研究硕士研究生：王海龙导师：王扬教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航制造工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V476.3U.D.C:52DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHESTUDYANDANALYSISOFSIMULATIONANDEXPERIMENTOFLUNARDUSTRAI

2、SINGBYLUNARROVERWHEELCandidate：WangHailongSupervisor：Prof.WangYangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticsandAstronauticsManufacturingEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2013Degree-Conferring-Institution

3、：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要中国探月工程以实现宇航员登月进行科学探索实践活动为阶段性目标。Apollo报告指出影响月面科学探索活动效率的最主要因素为月球表面漂浮的月尘。月球车轮扬起的月尘是月球巡视器行驶时漂浮月尘的主要组成部分。扬起月尘的高度若达到所载关键部件高度时，会直接影响月球巡视器所载科学探索设备的性能。月球表面车轮扬尘的原因与地球表面不同，必须考虑月尘与车轮及月尘之间的粘附特性。因此基于月尘粘附特性理论的月球车轮扬尘现象仿真实验研究为月面探索活动提供了技术保

4、障。本文通过分析经典接触力学模型和静电摩擦理论力学模型，建立了月尘颗粒之间及月尘与车轮之间的相互作用模型，并以此开发了离散元仿真软件，对月球车轮扬尘现象进行了仿真实验研究。首先本文分析了车轮与月尘之间相互作用的国内外研究现状，通过分析月尘物理特性的相关研究，指出粘附性是车轮扬尘现象的必要条件。其次本文比较分析了当代经典接触力学理论之间和非接触力学模型的不同适用条件，并指出表面能分配是通用接触粘附力学理论建立的关键，利用表面能分配原理和经典静电摩擦理论建立了基于经典接触力学理论和非接触力学理论的月尘粘附力理论力学模型。本文利用上

5、述所建立的理论力学模型，应用C++语言编写了基于EDEMAPI系统的月球车轮扬尘离散元仿真软件。随后本文利用所研制的离散元软件对三种车轮在地球重力和月球重力条件下的扬尘过程及高度进行了仿真；仿真结果表明粘附力是月球车轮扬尘产生的主要原因。最后本文对真空条件下车轮扬尘现象进行了实验研究。实验结果与仿真结果对比证明本文所建立的理论力学模型和所研制的离散元软件的科学性，并为将来月尘相关应用研究提供了理论基础和研究平台。关键词：月尘；接触力；粘附；扬尘；离散元-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheultimateg

6、oalofChineselunarexplorationprojectistotakeastronautssteponthemoonforscientificexplorationactivities.Apolloreportsshowthatthemainfactorswhichreducetheefficiencyofscientificresearchonthemoonistheadhesioneffectsoflunardustfloatingabovelunarsurface.Thelunardustsuspende

7、dbylunarroverwheelisthemainpartoffloatinglunardust.Whenraisingdustishigherenoughtoreachthesystemcarriedbythelunarrover,itwilldebasetheperformanceofthemostpartsoftheseequipment.Thereasonforraisingdustbythewheelrotatingonthemoonwhichattributetoadhesionoflunardustisdif

8、ferentwiththewheelrotatingontheearthwhichattributetoairflow.Therefore,thestudyandanalysisofsimulationandexperimentofraisingdustbylunarrove