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On Modeling Drilling Load in Lunar Regolith Simulant
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作者 Qi-Quan Quan Chong-Bin Chen +2 位作者 Zong-Quan Deng Jun-Yue Tang De-Wei Tang 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第1期41-52,共12页
Drilling and coring, as effective ways to obtain lunar regolith along the longitudinal direction, are widely applied in the lunar sampling field. Conventionally, modeling of drill-soil interaction was divided into soi... Drilling and coring, as effective ways to obtain lunar regolith along the longitudinal direction, are widely applied in the lunar sampling field. Conventionally, modeling of drill-soil interaction was divided into soil cutting and screw conveyance processes, ignoring the differences in soil mechanical properties between them. To improve the modeling accuracy, a hypothesis that divides the drill-soil interaction into four parts: cuttings screw conveyance, cuttings extruding, cuttings bulldozing, and in situ simulant cutting, is proposed to establish a novel model based on the passive earth pressure theory. An iterative numerical calculation method is developed to predict the drilling loads. A drilling and coring testbed is developed to conduct experimental tests. Drilling experiments indicate that the drilling loads calculated by the proposed model match well the experimental results. The proposed research provides the instructions to adopt a suitable drilling strategy to match the rotary and penetrating motions, to increase the safety and reliability of drilling control in lunar sampling missions. 展开更多
关键词 lunar regolith drilling lunar regolith simulant drill-simulant interaction Screw conveyance
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月壤剖面锥型螺旋刃成孔钻头设计 被引量:3
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作者 张伟伟 姜生元 +3 位作者 李鹏 沈毅 邓宗全 唐德威 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期1473-1481,共9页
针对月壤剖面钻进成孔探测需求,提出一种锥型螺旋刃成孔钻头,建立其钻进排屑性能的理论模型,并以此开展钻头结构参数的优化设计。在此基础上,分析螺旋刃切削姿态及其切削参数,基于直线刃平面切削理论建立锥型螺旋刃成孔钻头钻进切削负... 针对月壤剖面钻进成孔探测需求,提出一种锥型螺旋刃成孔钻头,建立其钻进排屑性能的理论模型,并以此开展钻头结构参数的优化设计。在此基础上,分析螺旋刃切削姿态及其切削参数,基于直线刃平面切削理论建立锥型螺旋刃成孔钻头钻进切削负载预估模型,开展锥型螺旋刃成孔钻头模拟月壤剖面钻进负载特性试验验证。研究结果表明,相比于直线刃钻头,锥型螺旋刃成孔钻头的钻进排屑性能更优,而且钻进切削负载模型与试验结果具有较好的吻合度。研究成果对我国拟实施的月面钻取采样工程具有重要的借鉴价值。 展开更多
关键词 月壤剖面 成孔钻探 锥型螺旋刃钻头 结构优化 负载预估模型
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面向月壤采集的多杆深层采样器 被引量:26
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作者 丁希仑 李可佳 尹忠旺 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期1189-1194,共6页
采样器是进行月球探测所需要的重要工具之一,它对能否顺利实现月壤采样起到关键作用。目前已有的采样器不能同时满足深层、原样、反复的采样要求。针对月球低重力环境下的月壤采集工作所面对的技术问题,提出一种新型月壤采样器——多杆... 采样器是进行月球探测所需要的重要工具之一,它对能否顺利实现月壤采样起到关键作用。目前已有的采样器不能同时满足深层、原样、反复的采样要求。针对月球低重力环境下的月壤采集工作所面对的技术问题,提出一种新型月壤采样器——多杆深层采样器。该采样器装有4根空心钻杆,当一根钻杆钻入地下之后,下一根钻杆通过换杆机构和下钻机构的合作可以实现与地下钻杆的连接,4根钻杆连接后最大可以实现1.5米深的钻探取样。该采样器结构新颖、功能强大,能够同时满足以上三点要求。模拟仿真结果和样机试验证明了该钻探系统的可行性。 展开更多
关键词 采样器 月壤采集 深层采样
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月球钻孔取心机具研制与试验 被引量:3
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作者 李大佛 雷艳 许少宁 《探矿工程(岩土钻掘工程)》 2015年第2期1-7,共7页
对月壤形成过程和物质组成进行了介绍,并将实际月壤基本物理力学指标与CUG-1型模拟月壤和普通干砂进行对比,认为在月球钻探取样过程中可能遇到具有一定胶结强度的硬质团块。我国探月工程三期的核心任务是实现月球钻探取样和返回,并明确... 对月壤形成过程和物质组成进行了介绍,并将实际月壤基本物理力学指标与CUG-1型模拟月壤和普通干砂进行对比,认为在月球钻探取样过程中可能遇到具有一定胶结强度的硬质团块。我国探月工程三期的核心任务是实现月球钻探取样和返回,并明确要采用钻孔取样方式来获取能保持原始层理结构的较深层月壤样品。月表处于无水、高真空、微重力、日夜温差悬殊的极端环境,因此月球钻探取样采用的钻孔取心机具应结构简单,以减少钻进故障几率和拓宽对所钻月壤层的适应性。针对模拟月壤,分别对传统钻孔取心钻具、孔内取心钻具、孔外取心钻具、软袋翻转取心钻具、内外管联合(内管、外管)取心钻具进行了试验研究。试验研究结果表明,内外管联合取心钻具能更好地满足我国月球钻探取样返回的要求。 展开更多
关键词 月球钻孔取心 钻孔取心机具 钻孔取样 月壤 硬质团块
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月球浅层月壤螺旋钻具进芯机制设计 被引量:1
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作者 庞勇 王国欣 +2 位作者 汤滨 王书超 赵忠贤 《深空探测学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2021年第3期252-258,共7页
基于“嫦娥五号”(Chang'E-5,CE-5)月面无人采样返回钻取子系统,针对浅层松散剖面月壤取样难点,开展了钻取实验研究,实验结果表明钻进参数控制的钻压力是影响进样效果的关键特征量;建立了钻具与月壤相互作用有限元模型,通过对钻具... 基于“嫦娥五号”(Chang'E-5,CE-5)月面无人采样返回钻取子系统,针对浅层松散剖面月壤取样难点,开展了钻取实验研究,实验结果表明钻进参数控制的钻压力是影响进样效果的关键特征量;建立了钻具与月壤相互作用有限元模型,通过对钻具周边的月壤应力场分析厚壁螺旋钻具进芯机制,发现排粉压力与进芯阻力之间的博弈关系是控制螺旋钻具进样的关键因素。对月壤与钻具之间的相互作用机理得到进一步认识,可为“嫦娥六号”及未来深空探测任务中采样作业规程提供技术支撑。 展开更多
关键词 螺旋钻具 月壤 应力场 有限元 进芯
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月面采样钻具锁合随动式限幅机构研究
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作者 孙启臣 季节 +1 位作者 秦俊杰 赖小明 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期735-740,共6页
中国探月三期工程将采用无人探测器开展月面采样探测,利用中空外螺旋钻具开展预计深度为2m的连续钻取采样。在轨作业期间,航天器发射段和飞行段产生的随机振动负载及钻具在采样过程中存在的横向负载等附加负载会引起钻杆挠曲变形,严重... 中国探月三期工程将采用无人探测器开展月面采样探测,利用中空外螺旋钻具开展预计深度为2m的连续钻取采样。在轨作业期间,航天器发射段和飞行段产生的随机振动负载及钻具在采样过程中存在的横向负载等附加负载会引起钻杆挠曲变形,严重时可能会导致钻取采样作业失败。在不修改取芯钻具的前提下,参考地面油田钻井工程中的相关技术,提出了一种月面采样钻具锁合随动式限幅机构。该机构主要由主支撑架、对接锁合组件和钢球锁释组件组成。在限幅机构工作过程中,其主支撑架在钻杆的中部位置提供外部支撑,减小由于飞行振动引起的挠曲变形,当钻具钻进一定深度后,对接锁合组件和钢球锁释组件实现锁合与解锁的功能,并随钻具同步向下进尺,为钻具后续的钻进动作提供空间。通过有限元分析手段,对限幅机构的强度和刚度进行校核与分析。通过试验件研制以及地面钻取采样试验验证可知:锁合随动式限幅机构作为外部支撑,能提高中空外螺旋钻具的刚度,且不会影响钻取采样的正常作业过程。研究结果表明锁合随动作业方式与当前取芯钻具的配合程度较好,提高了钻取采样作业性能及其可靠性,为完善我国探月三期工程钻取采样系统提供了参考。 展开更多
关键词 月面采样钻具 限幅机构 锁合随动 方案设计 有限元
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深槽螺旋钻月壤采样流动特性分析
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作者 季节 孙京 +2 位作者 肖涛 张伟伟 杨旭 《流体测量与控制》 2023年第2期35-42,55,共9页
面向未来围绕水冰的月球极区月壤采样与原位分析任务需求,使用深槽螺旋钻具实现月壤采样是一种较有优势的方法。但目前关于深槽螺旋钻具对于月壤的采样特性尚未见充分的研究报道,且由于有别于传统浅槽螺旋钻的结构特点,已有理论成果的... 面向未来围绕水冰的月球极区月壤采样与原位分析任务需求,使用深槽螺旋钻具实现月壤采样是一种较有优势的方法。但目前关于深槽螺旋钻具对于月壤的采样特性尚未见充分的研究报道,且由于有别于传统浅槽螺旋钻的结构特点,已有理论成果的适用性不佳。本文建立了一种用于描述深槽螺旋钻具对月壤输送特性的动力学模型,能够建立采样效果与钻具结构、钻进规程参数的响应关系。使用CUG-1A模拟月壤,钻进规程参数对螺旋槽内捕获月壤样品密度的影响进行了实验测试,测试结果验证了模型的正确性。研究结果表明:进给速度对于采样密度的影响较小,而钻具转速的影响较大;转速与进给速度的不同组合使深槽螺旋钻的输送模式存在摩擦输送、挤压输送和堵钻3种模式,为获得较好的采样效果,应该将规程参数控制在挤压输送模式的区间内。 展开更多
关键词 月球钻探 月壤采样 深槽螺旋钻 螺旋输送模型
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