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合成月壤与足垫相互作用模型试验研究

作　者: 吴晓君
导　师: 凌道盛
学　校: 浙江大学
专　业: 岩土工程
关键词: 合成月壤 垂直冲击 水平拖曳 模型试验
分类号: V416.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着人类对地球以外空间探测技术研究的逐步深入,对着陆器的设计要求越来越高,一台具有高安全性、多功能的着陆器是必不可少的。由于着陆器着陆过程中存在巨大的冲击作用,为保证内部精密仪器不受损坏,着陆器要能安全的实现软着陆,足垫与月壤相互作用的动力过程分析尤为重要。着陆器着陆过程中四只足垫与月壤的相互作用过程非常复杂,其中的基本问题是单只足垫与月壤间的冲击相互作用和滑移相互作用。本文将问题分解为垂直冲击和水平滑动两个方向的运动。根据着陆器着陆过程中的运动特性,独立研发了垂直冲击模型试验装置和水平拖曳试验装置。首先对月壤和常用模拟月壤的物理力学性质进行了总结归纳,通过室内试验研究了本文所用合成月壤的基本物理力学性质,并与月壤进行了比较,对合成月壤进行了评价。然后利用上述两套装置,在合成月壤中进行了大量的垂直冲击和水平拖曳试验,最终对着陆器的设计提出了具有参考意义的结论。本文的具体内容如下：1、介绍了探月工程的研究背景,综述了国内外航天计划的发展历程以及着陆器及缓冲腿设计的研究现状。2、查阅了国内外文献,对目前各国航天计划中带回地球的月壤以及在各类航天研究中所使用模拟月壤的物理力学特性进行了总结归纳。3、通过一系列的室内试验,得出了本研究中所使用合成月壤的一系列基本物理力学性质,并将试验所得结果与月壤进行了比较,作出评价。为模型试验的研究提供了基本参数。4、独立研制了垂直冲击模型试验装置,详细介绍了试验装置的各项组成以及能实现的功能。利用该套装置进行了不同密实度合成月壤、不同冲击速度以及不同冲击质量下的大量垂直冲击试验。研究了合成月壤相对密实度、冲击速度以及冲击质量对足垫运动性状的影响。5、独立研制了水平拖曳模型试验装置,详细介绍了试验装置的各项组成以及能实现的功能。利用该套装置进行了不同密实度合成月壤、不同刺入深度以及不同拖曳速率下的大量水平拖曳试验。研究了合成月壤相对密实度、拖曳速率以及刺入深度对足垫运动性状的影响。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 研究现状  13-16
    1.2.1 月壤与模拟月壤研究现状  13-14
    1.2.2 软着陆缓冲机构研究现状  14-16
  1.3 本文主要研究内容  16-18
第2章 月壤基本物理力学性质  18-26
  2.1 概述  18-19
  2.2 月壤基本物理性质  19-22
    2.2.1 月壤厚度  19-20
    2.2.2 月壤的颗粒级配组成  20-21
    2.2.3 月壤密度  21-22
  2.3 月壤基本力学性质  22-25
    2.3.1 抗剪强度  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 合成月壤基本物理力学性质  26-38
  3.1 概述  26
  3.2 颗分试验  26-27
  3.3 相对密实度试验  27
  3.4 土体压缩试验  27-31
    3.4.1 试验目的  27-28
    3.4.2 试验方案  28
    3.4.3 试验结果  28-31
  3.5 静力三轴试验  31-37
    3.5.1 试验目的  31
    3.5.2 试验仪器  31-33
    3.5.3 试验方案  33
    3.5.4 试验结果  33-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章 垂直冲击模型试验  38-67
  4.1 概述  38-39
  4.2 垂直冲击模型试验原理与装置  39-49
    4.2.1 试验目的及原理  39-40
    4.2.2 试验比尺选择  40
    4.2.3 试验方案  40-41
    4.2.4 模型试验装置  41-45
    4.2.5 土槽及土样制备  45-46
    4.2.6 传感器及冲击速度标定  46-48
    4.2.7 试验步骤  48-49
  4.3 垂直冲击模型试验结果分析  49-66
    4.3.1 相对密实度的影响  50-58
    4.3.2 冲击速度的影响  58-60
    4.3.3 冲击质量的影响  60-62
    4.3.4 冲击动能的影响  62-64
    4.3.5 整体模型推导  64-65
    4.3.6 月球环境下结果计算  65-66
  4.4 本章小结  66-67
第5章 水平拖曳模型试验  67-85
  5.1 概述  67
  5.2 水平拖曳模型试验原理与装置  67-77
    5.2.1 试验目的及原理  67-68
    5.2.2 试验比尺选择  68
    5.2.3 试验方案  68
    5.2.4 模型试验装置  68-76
    5.2.5 土槽及土样制备  76
    5.2.6 传感器标定  76-77
    5.2.7 试验步骤  77
  5.3 水平拖曳模型试验结果分析  77-83
    5.3.1 相对密实度的影响  80-81
    5.3.2 拖曳速率的影响  81-82
    5.3.3 刺入深度的影响  82-83
  5.4 本章小结  83-85
第6章 结论与展望  85-87
  6.1 结论  85-86
  6.2 展望  86-87
参考文献  87-92
作者简历  92

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 基础理论及试验 > 航天器地面试验 > 各种试验设备和仪器
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