冲击式贯入器研制及其潜入性能研究

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原位探测技术是十九世纪末期兴起的对地外星体研究的新思路，因其成本较低，探测数据丰富，可行性高等优势而倍受青睐。原位探测技术中的关键技术是能将科学探测仪器送入浅层星壤的原位探测设备，原位探测设备中的冲击挤密贯入式潜入器（以下简称“贯入器”）因其结构简单，尺寸小，质量轻，探测数据丰富等优点成为地外天体原位探测设备中的研究热点。目前国内外对贯入器的研究还处于起步阶段，贯入器的潜入能力有限，至今尚无成功应用先例。为提高贯入器的潜入能力，本文通过分析贯入器的动态特性，提出贯入器原理样机设计的新思路。
　　本文通过对贯入器的工作原理进行深入分析，提出改善其潜入性能的方法。同时针对影响贯入器潜入效能的因素，对贯入器的潜入效能进行综合评估。最后基于上述分析结果，指出贯入器关键构件的质量匹配关系及储能弹簧与缓冲弹簧的刚度匹配关系（简称“质量-刚度匹配”）是影响其潜入效能的主要因素。
　　因贯入器的作用对象是离散体，作用过程十分复杂，为了简化作用过程，本文基于静压试验对贯入器的负载进行力学等效研究。静压试验装置可以测量离散体作用于贯入器时的等效作用力，测出的等效力值将为未来研究提供负载特性的数据支撑。此外，借助冲击贯入装置可以匹配出贯入器内部所需冲击功大小与负载间的临界关系，为后期理论分析提供冲击功的边界约束参考值。
　　贯入器的质量-刚度匹配关系在很大程度上影响其潜入性能，当质量-刚度匹配不合适时，即使较大的冲击功也无法实现有效下潜。本文通过对贯入器的工作原理进行深入分析，基于贯入器的工作原理建立动力学模型，并用MATLAB进行数值求解和优化分析,最终得到质量-刚度间的合理匹配关系。此外，为了进一步探讨分析结果的合理性，本文借助质量-刚度匹配试验台完成对理论分析结果的实验验证。
　　借助对贯入器质量-刚度的匹配结果，本文提出三种贯入器原理样机结构方案。通过可行性分析与论证，最终确定螺杆驱动擒纵式方案为优选方案。本文以螺杆驱动擒纵式方案为载体，对原理样机设计中关键构件及关键技术进行探讨，以供后人参考。最后对所设计原理样机加工装配调试，验证其方案的可行性，并进行性能测试，为未来地外天体原位探测设备的设计提供参考。

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作者
徐传喜;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科机械设计及理论
授予学位硕士
导师姓名唐德威,杨建中;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类天文仪器;
关键词
冲击式贯入器; 原位探测; 力学等效; 刚度匹配; 螺杆驱动;

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