一、试论月球表面钻探取样的难点与关键技术（论文文献综述）
刘传凯,李剑,张天柱,刘茜,黄泽远,张济韬,高宇辉,于天一,张宽,常天宇,吴杰,杨成,李贵良,邓嘉诚,徐楠青,冯晓萌[1]（2022）在《嫦娥五号月面采样遥操作中的关键技术》文中研究说明2020年12月17日,嫦娥五号返回器成功返回地面着陆,获取1731 g月壤样品,这标志我国探测工程"绕落回"三步走战略圆满收官.月面采样是采样返回任务的核心环节,是我国首次在月球表面实施的复杂操控类任务.月面采样包括岩心钻探取样和月壤表取采样任务两个部分,受制于月面采样任务的复杂性和探测器自主能力的局限性,采样工作在地面遥操作中心的监视、引导与控制下开展.本文在对嫦娥五号月面采样的难点进行分析的基础上,将月面采样遥操作关键技术归纳为采样任务规划、多特征融合视觉定位、机械臂采样最优构型设计和采样虚拟仿真四个方面,并对四个方面技术的发展与研究现状进行综述,结合嫦娥五号任务特点,阐述了四项技术的主要实现途径及其创新性应用特点,分析了各种技术在月面采样任务实施中的关键性支撑作用,评述了其未来发展潜力和应用前景,对我国后续地外天体表面采样任务的实施和遥操作模式的设计具有重要的指导意义.
陈薪硕,李守定,张晓静,魏勇,李娟,杨蔚,李晓,隋旺华,宋玉环[2]（2021）在《行星地质工程原位测试方法》文中提出作为行星地质学与行星工程学的交叉学科,行星地质工程学科直接支撑行星探测、行星科研站与基地建设、行星资源开发与未来人类移居,相关研究已迫在眉睫。与地球相比,行星地质体在物质、结构与环境3个方面存在较大差异,决定着行星地质体工程特性与地球具有很大的差别,开展行星地质工程原位测试是准确获取行星地质体工程特性的最直接方式。文章把月球探测和火星探测任务中地质工程原位测试方法分为5类:触探试验、铲斗试验、钻探试验、地球物理探测和摄影测量,分别分析了各类原位测试方法的原理与科学载荷,对比各种方法中不同测试仪器的差异;利用月球工程特性原位测试结果梳理总结了月壤工程特性,包括粒度分布、密度、孔隙比、抗剪性、压缩性和承载力,分析了月壤和火壤工程特性的变化规律,并指出了与地球土壤物理力学特性的差异;未来应以行星探测任务为载体,结合地面低重力模拟测试平台和物理力学本构理论研究,研制小型轻量、自动智能的工程特性原位测试科学载荷,获取更加准确的行星土壤和岩石的工程特性参数,支撑月球科研站、基地建设和火星取样返回等深空探测任务。
唐钧跃[3]（2020）在《高密实度模拟月壤自适应钻进取芯特性研究》文中认为自上个世纪美苏等国家率先开展月球探测以来,人类已从月球采集了共计约382 kg的月壤样品。通过分析采集返回的月壤,深化了对月球演化规律认知。目前我国探月工程（三期）即将实施,也将利用钻取和表取形式,从月球采回月壤样品,在地球实验室中进行科学测试与分析。本文以我国探月工程（三期）月面钻取采样子任务为工程背景,面向月壤剖面存在高度随机性和不确定性的挑战,以实现钻进取芯过程中钻具的低功耗、高取芯和高适应性为研究目标,开展高密实度模拟月壤制备方法、模拟月壤软袋取芯特性、模拟月壤钻进排屑性能及自适应钻进特性研究,为后续深空探测任务钻取采样钻具设计和工艺参数优化提供技术支撑。提出了一种基于夯击密实强化原理的高密实度模拟月壤制备方法以满足次表层月壤钻取采样任务地面试验研究所需,建立了月壤桶夯击振动及冲击锤夯击回弹动力学模型,针对钻取用月壤桶测限约束条件构建了月壤弹塑变形模型,预测了模拟月壤剖面有效密实深度,不同夯击次数作用下的模拟月壤夯击强化试验验证了模拟月壤上覆土压力即塑性极限与夯击次数间的内在物理规律,密度测定试验验证了上述有效夯击密实深度理论预测模型。基于回转切削力学模型建立了原位月壤的受扰剪胀模型,获得了扰动区月壤物理力学参数随进转比参数变化规律,依据岩土力学中粮仓理论建立了模拟月壤钻进取芯力学模型,利用提出的非接触式动态监测钻进取芯特性方法开展了不同进转比条件下的钻进取芯正交试验,揭示了内部月壤样芯动态失稳随钻进工艺参数特定变化规律,划分了四种典型取芯工况并验证了上述力学模型的准确性,有利支撑了高密实度模拟月壤钻进工艺参数优选。提出了以前刀面堆积角及螺旋槽填充率等状态参量定量描述钻进取芯过程中原位月壤的钻进排屑状态,分析了多种钻进工况下的钻进负载随工艺参数变化影响规律,利用机器视觉技术开展了模拟月壤回转切削排屑特性试验研究,动态采集钻进过程中的月壤堆积区体积参数,实时反映螺旋排屑速率等影响排屑性能的关键指标,提取螺旋槽中月壤钻屑质量和体积指标,解算螺旋槽钻屑堆积密度,有力佐证了钻取采样过程中月壤挤压运移和自行运移的存在,高密实度模拟月壤钻进取芯试验表明上述钻进负载理论计算结果与实际钻进负载吻合度较高,可用于特定目标对象的钻进工艺参数优选。构建了基于样本可钻性等级实时识别的自适应钻进策略,基于钻进取芯力载模型结合探月工程（三期）钻进工艺参数优选指标,优选了适合特定钻进对象的合理钻进工艺参数,利用研制的模拟月壤钻进取芯特性测试平台开展了具有一定覆盖性和等效性的模拟月壤样本可钻性分级试验,选择钻进过程中钻具的回转转矩为特征识别信号,设计了可钻性等级模式识别方法并开展了识别模型参数寻优,获得能应用于可钻性等级1～6级的分类模型,准确率达95.8%,构建了基于在线辨识钻进对象可钻性等级的自适应闭环控制策略,开展了以密实型HIT-LS1#模拟月壤、石灰岩及大理岩为典型钻进对象的分层自适应钻进试验,验证了上述钻进方法的有效性。综上所述,文本针对月面无人钻取采样技术难点,以寻求钻取采样机构的自适应钻进能力提升为研究目标,分别从模拟月壤制备工艺、钻–壤作用机理、钻进取芯特性试验方法及自适应钻进策略等方面开展工作。上述研究方法及取得的相应研究成果具有重要的学术意义和工程应用价值。
周晨阳[4]（2020）在《仿生深空探测钻采机构设计及其性能研究》文中研究指明深空探测中的一项重要任务就是对目标星体的星壤进行采集研究,而星壤采样机构是其中的重要工具,将直接关系到采样任务的成功与否。但由于采样环境和采样对象充满未知性,这对采样机构提出了更高的要求。因此,本文针对地外天体采样的需求,设计了一种质量轻、体积小和功耗低的新型地外天体采样机构。本文的主要研究内容如下:（1）借助显微镜对竹象虫口器和蚯蚓体节进行解剖研究,制备生物样本,研究其生物结构形态,并以此为基础,分析其结构——功能间的关系,揭示了竹象虫口器的打洞机理以及蚯蚓蠕动进给的运动机理;（2）调研国内外相关文献,归纳采样技术的研究现状,确定采样机构的性能指标,并基于仿生学原理,进行功能仿生设计,提出多种机构方案实现生物运动方式,通过对不同方案的机构位姿、动作原理的研究,从中优选出仿生钻采机构的最优方案,并在三维建模软件中完成模型的建立;（3）基于土力学理论,建立了锥形钻头与星壤之间的相互作用力学模型,分析了钻采机构结构参数对径向挤扩力的影响,进一步基于螺旋输送理论,建立了锥形钻头排屑性能的理论模型,分析了钻采机构的结构参数和运动参数对排屑性能的影响,并结合月壤的机械和物理特性,确定了钻采机构的结构参数和运动参数;（4）使用ABAQUS对钻采机构钻进过程进行动力学分析,得到了钻采机构的力学参数,进一步使用ADAMS对仿生钻采机构进行了运动学仿真,证明了仿生钻采机构的可靠性和可行性。
谢和平,张国庆,罗通,高明忠,李存宝,刘涛[5]（2020）在《月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想与设计》文中指出开展月球取芯是人类探索月球、获取月球地质信息、了解地月系及太阳系起源与演化的重要举措。针对目前人类月球取芯存在的"取不深""取不真"的技术瓶颈,从月球月壤/月岩地质成分与特性入手,在国际上首次提出月球大深度保真取芯探矿思路,在综合考虑大深度取芯钻杆搭接、取芯机器人构型设计、取芯过程自掘进与支撑、原位保真取芯控制、样本原位封装与返回等要素的基础上,提出月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想。针对所提出的构想进行机器人系统实施技术方案设计,具体设计了多级分段式取芯器、自掘进取芯机器人、柱坐标取芯器存储机器人、气压轴向推进与气压支撑、旋转复合超声冲击钻进、保真膜及微流道原位环境控制、蜂窝状样本保真腔、月球样本保真返回等技术实施方案。基于上述构想及技术实施方案,本文系统总结了月球大深度保真取芯机器人系统设计需解决的关键技术问题及解决思路。本研究将为人类进行月球及其他行星大深度保真取芯探矿提供技术方案参考。研究成果将有助于人类真实地了解月球深部原位地质信息,为月球演化科学探索提供技术支撑。
肖洪[6]（2018）在《月面钻取采样行星传动部件温升及动力学特性研究》文中研究说明回转驱动部件是月面探测器钻取采样装置的回转动力输出部件,为系统执行末端的采样钻具提供足够的回转碎岩动力。回转驱动部件由回转电机及行星传动部件两部分组成,行星传动部件由双排2K-H型行星齿轮机构串联而成。与地面环境相比,月球表面环境具有很强的特殊性,它具有高真空、强辐射、昼夜温差大等特点。本文将针对月面极端的环境条件,以行星传动部件为研究对象,对其在月面工作过程中的温升特性以及考虑温度因素的动力学特性进行理论研究,并进行相应的验证试验。月面昼夜温差达到340℃以上,最高温度超过160℃,月球的大气压力在10-10kPa左右,在缺少气体介质的情况下,行星传动部件产生的热量无法实现热对流,只能通过热辐射和热传导的方式传递出去,过高的温度会导致润滑剂失效、材料强度下降以及电子元器件的不可逆损坏等严重后果。行星传动部件是外壳固定的封闭结构,内部零部件均围绕自身轴线及中心轴线回转,无法直接测量其内部温度。本文将采用理论计算与试验验证相结合的方式,建立行星传动部件温升预测理论体系。首先使用热网络法对其内部温升进行理论计算,将其二维模型划分为热网络节点,计算节点间的辐射热阻及导热热阻,根据热节点间的传热关系得到行星传动部件的热网络模型,基于拟Newton法进行求解,快速得到行星传动部件内部温度场及温升较高区域。其次使用有限元法对其内部温升进行仿真分析,在有限元软件中建立行星传动部件的三维模型,根据热网络法的计算结果对模型合理划分网格,对温升较高的位置划分细致的网格,准确设置接触面并在相应位置施加热源载荷,实现基于有限元法的行星传动部件内部温度场高效率计算。最后,引入一组工作参数,得到行星传动部件内部温度场的计算结果。为了验证理论方法的正确性,基于高低温真空箱搭建了模拟月面环境的温升测试试验平台。通过改变工作转速、工作负载和环境温度,共进行了60组温升对比试验。通过对比热网络法计算结果、有限元法仿真结果与试验测试结果,验证了热网络法的正确性以及有限元法的准确性;通过对比热网络法与有限元法中相同节点的温升值,确定了行星传动部件内部的温度场分布及传热路径;通过对比不同工作模式下的温升结果,分析了工作转速、工作负载及环境温度对温升的影响,并得到了行星传动部件内部温度最高区域的温升计算模型;最后引入一组行星传动部件考核试验的工作参数,使用理论方法预测了内部温度场分布,基于计算结果指导并改善了采样器的工作模式。基于理论与试验相结合的研究方法,得到行星传动部件温度场预测体系,并对实际工程进行指导。行星传动部件在月面工作过程中,温度的大范围变化会对其齿形及传动特性产生显着的影响,本文研究了渐开线直齿圆柱齿轮轮齿受热变形机理,得到了发生热变形后的实际齿廓极坐标参数方程,绘制了齿侧间隙及啮合刚度随温度的变化曲线。建立了36自由度的行星传动部件平移-扭转动力学模型,在模型中考虑了时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙、误差等因素。在Matlab软件中编写程序并求解了系统动力学模型,得到了行星传动部件固有频率及对应的振型。基于振动台进行了行星传动部件固有特性测试试验,试验结果验证了理论模型的正确性。最后引入温度因素,分别计算了300℃和-300℃条件下行星传动部件的固有频率及振型,研究了温度对固有特性的影响。为了避免刚度与响应之间由于量级相差过大而产生误差,将运动微分方程组进行无量纲化处理。基于Runge-Kutta法编写求解程序,对运动微分方程组进行了求解。通过时域响应历程、相平面图、Poincare映射图等分析手段,对各构件在各方向上的振动响应进行了研究。搭建了行星传动部件测试试验台,通过改变工作转速和负载进行了对比试验,测试行星传动部件在不同工况下的时域及频域特性,对比了转速和负载对振动响应的影响。最后,引入温度因素,基于分岔理论,研究了啮合刚度、啮合误差和阻尼比等随温度变化的参数对系统动力学特性的影响。
佘丁顺[7]（2017）在《纯钛纳米化/离子渗氮复合表面减阻耐磨防护技术研究》文中研究表明随着地球科学的发展,其研究空间不断拓展,逐渐形成“上天、入地、下海、登极”完整的研究体系。复杂多变的研究环境对钻探机具的安全性和可靠性提出了新的要求;钻具轻量化是应对复杂外太空研究环境的有效途径之一。但是,与传统钢质钻具相比,钛及其合金等轻质合金钻具较差的真空摩擦学性能极大程度限制了其应用。因此,本论文力图研发一种有效的表面强化方法以提升钛合金钻具在高真空环境下的减摩耐磨性能。本论文选取纯钛TA2为研究对象,采用表面纳米化（超声表面滚压）作为离子渗氮的预处理工艺,通过在TA2表面制备梯度纳米晶层来提升渗氮效率,降低渗氮温度。实验结果表明:（1）经超声表面滚压处理后,TA2表面形成了厚度约为200μm的梯度表面强化层;处理后表面平均晶粒尺寸细化至约为38 nm;表面硬度由处理前的140HV0.05提升到320 HV0.05;硬度的提升使得TA2在大气和真空环境下的耐磨性均明显改善;大气条件下,纳米晶强化层的形成有助于促进摩擦过程中的氧化反应;真空条件下,纳米晶强化层的形成能抑制磨痕表面塑性形变和黏着磨损的发生,使得痕表面平整洁净,最终导致超声表面滚压后TA2的平均摩擦系数明显降低。（2）离子渗氮后,TA2表面形成主要由TiN、Ti2N和α-Ti（N）等硬质相组成的渗氮层;渗层的形成有效提高了TA2的表面硬度,且渗层的表面粗糙度、厚度和硬度随着渗氮温度的升高而增加,但其承载能力却随着渗氮温度的升高表现出先上升后下降的趋势;大气环境下,高硬度渗层能有效抑制氧化磨损和磨料磨损的发生,进而有效提升TA2的耐磨性,且随着渗氮温度升高,离子渗氮后TA2的耐磨性持续增强;真空环境下,渗氮层能阻碍金属与对磨副的直接接触,从而抑制黏着磨损的发生,形成平滑的磨痕表面,最终造成渗氮后纯钛TA2减摩耐磨性能显着提升;由于过高的渗氮温度造成的承载（抗裂纹）能力下降,因而,在渗氮温度为850℃时,渗层表现出最优的减摩耐磨性能。（3）超声表面滚压是一种有效的预处理工艺,它能有效提高离子渗氮效率和降低渗氮温度。预处理后,渗层的厚度、硬度及其氮化物相浓度均能显着增加;但是,由于晶粒二次长大,不利于真空摩擦学性能维持,因而,渗氮温度高于750℃时,复合处理后的TA2表现出较差的承载能力和耐磨性;对比研究发现,超声表面滚压能将TA2离子渗氮优化温度由850℃降低至750℃。
宋江文[8]（2017）在《基于PFC3D月球钻探功率消耗仿真分析》文中认为我国探月工程三期目标是从月球上钻取500g的样品返回地球。而在月球上钻探取样需要克服许多极端条件,比如低重力、无水、无空气等,同时月壤具有较高的内摩擦角和较低的内聚力,因此在地球上进行真实环境和钻探工艺的模拟难度较大。月球钻探取样要求钻具结构系统具有质量轻、功耗低、强度大等优点,因此通过对钻进过程的动力学分析研究,为钻具结构的设计、材料的选取、钻进工艺的设计提供理论依据。本文采用离散元方法建立钻取月壤月岩的仿真模型,仿真分析钻进过程中的钻头切削功率和钻杆排粉功率,研究月岩对钻进功耗的影响。基于PFC离散元的基本本构模型,通过模拟单轴、双轴和直剪实验,标定微观参数。通过标定后的模型微观参数,得到月岩的弹性模量E 87GPa、泊松比μ0.21、单轴抗压强度127MPa;月壤的内聚力c 3.4kPa、内摩擦角φ47°、弹性模量17MPa、泊松比0.2,均符合最佳估值范围,可保证模型的精确性。依据土力学和岩石破碎学理论,建立了钻头切削月壤、破碎月岩以及钻杆排粉的理论分析模型,获得钻头切削功率和钻杆排粉功率,结果表明钻头切削月壤功率与钻深为一次线性关系,排粉功率与钻深呈二次曲线关系。由于PFC计算缓慢的问题,利用等效思想,根据钻进过程颗粒的速度场和应力场对模型规模进行缩减;建立无月岩块体的浅层钻进模型和深层等效钻进模型,监测钻头和钻杆受到的阻力矩。监测结果均与理论分析结果趋势一致,印证了理论分析模型的有效性和仿真模型的真实性。最后针对月岩不同的形状、位置、大小对钻进过程中的功率影响进行仿真分析。结果显示月岩体在切削齿作用范围内,对切削功率影响呈现周期性45倍增幅,而对排粉影响较小;形状只是会影响钻头力矩产生脉冲波动的时间,并不会影响力矩波动幅值;力矩脉冲幅值会随着块体体积增大而呈现对数函数关系。因此在钻进过程中需要实时监控钻头力矩变化,实时调节电机驱动力矩保证钻进取样任务的顺利进行,避免发生卡钻问题。
蔡黄河,彭振斌[9]（2015）在《以月球钻探为例探索地外星体钻探技术》文中认为钻探是地学研究、资源勘探开发、城镇建设、灾害防治的重要技术手段,然而我们对于它在其他科学探索中的应用意义却不甚了解。随着科学及人类社会的发展对矿产、资源的需求,海洋钻探、极地钻探、外星钻探必将在钻探界占有举足轻重的地位,成为钻探行业人员为钻探事业发展做出更大贡献的舞台。本文以月球钻探技术为例,介绍了其任务要求,探讨了钻探过程可能遇到的难点问题,并结合有关研究总结出月球钻探的对策方案,最后针对我国月球钻探和其他地外星体钻探提出发展展望。
陈浩文[10]（2015）在《月球取样钻探平台的研制及模拟试验研究》文中研究说明本文以中国探月工程第一阶段三期任务月表无人钻探采样为背景,为解决由于月球表面的特殊环境而造成无法运用在地球环境下传统的钻探方法来完成钻探取样任务这一技术难题。在充分了解综述了国外月表钻探取样成功经验基础上,结合我国此领域研究现状提出了一套适用于月球表面工况的钻探工艺方案。首先对月表环境进行分析,依据月壤物理参数理论计算出钻探所需相关技术参数,然后结合月球钻探取心装置总体设计要求,提出两种机械结构的钻机动力头方案。分析对比各方案的优缺点及可行性,进而确定出本课题所设计研究的钻机动力头基本结构。根据后续试验要求详细设计动力头结构。根据已定月表钻探工艺来确定出了配套钻具的基本结构为空心外螺旋钻杆,并且根据实验要求和参考国外月球钻探相关钻具结构,设计加工出了一系列不同螺距的单、双螺旋试验钻杆。依据动力头输出轴、传感器轴和钻杆接头的结构以及各自的功能,设计出了连接各部分的快装接头。最后按照试验平台的功能要求对测试系统以及试验台架进行了设计和选型,以便满足进行不同钻进试验时的功能要求。对月球取样钻探平台进行设计加工,组装调试完成后,首先对试验台本身进行检测,在满足其设计要求后,进行对钻机动力头机械性能、配套钻具规格和钻探相关技术参数选定的试验。通过试验在相同条件下不同螺距的单、双螺旋钻杆对钻探效率的影响,从而选出适合与钻机配套的螺旋钻具类型;通过分别控制不同的钻压、钻机回转速度以及冲击频率来进行模拟钻探试验,分析对比实验数据,选出适合于所设计钻机工作的最佳钻压、回转速度和冲击频率的范围。最后,根据试验所得结论与理论计算,重新设计钻机动力头结构,并对钻机材料进行选型,达到结构紧凑、体积轻便、效率高功耗低等目的。
二、试论月球表面钻探取样的难点与关键技术（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、试论月球表面钻探取样的难点与关键技术（论文提纲范文）
（1）嫦娥五号月面采样遥操作中的关键技术（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 机械臂采样任务规划 |
| 3 多特征融合视觉定位 |
| 4 机械臂采样最优构型设计 |
| 5 月面采样虚拟仿真 |
| 6 嫦娥五号月面遥操作关键技术应用 |
| 7 结论 |
（2）行星地质工程原位测试方法（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 行星地质工程原位测试方法 |
| 1.1 触探试验 |
| 1.2 铲斗试验 |
| 1.3 钻探试验 |
| 1.4 地球物理探测 |
| 1.5 摄影测量 |
| 2 月壤与火壤的物理力学特性 |
| 2.1 月壤的粒度 |
| 2.2 月壤的密度 |
| 2.3 月壤的孔隙比 |
| 2.4 月壤的抗剪性 |
| 2.5 月壤的压缩性 |
| 2.6 月壤的承载力 |
| 2.7 火壤的物理力学特性 |
| 3 结论与建议 |
（3）高密实度模拟月壤自适应钻进取芯特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究目的及意义 |
| 1.2 钻取采样技术发展概述 |
| 1.2.1 地面传统钻探技术 |
| 1.2.2 星球钻取采样技术 |
| 1.3 月壤/模拟月壤研究现状 |
| 1.3.1 月壤物理–力学特性 |
| 1.3.2 模拟月壤制备方法 |
| 1.4 钻进取芯特性研究现状 |
| 1.4.1 钻进取芯特性试验研究 |
| 1.4.2 钻进取芯特性理论研究 |
| 1.5 星球自适应钻进研究现状 |
| 1.5.1 钻进状态参数及其辨识方法 |
| 1.5.2 星球无人自适应钻进方法 |
| 1.6 分析与启示 |
| 1.7 主要研究内容 |
| 第2章 高密实度模拟月壤制备方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 模拟月壤物理力学特性 |
| 2.2.1 模拟月壤原料矿物组分 |
| 2.2.2 模拟月壤物理–力学参数 |
| 2.3 模拟月壤夯击密实强化原理 |
| 2.4 模拟月壤制备系统动力学建模 |
| 2.4.1 月壤桶夯击振动分析 |
| 2.4.2 冲击锤夯击回弹运动分析 |
| 2.4.3 模拟月壤夯击应力分析 |
| 2.5 模拟月壤夯击密实度强化建模 |
| 2.5.1 模拟月壤夯击弹塑变形分析 |
| 2.5.2 剖面密实度纵深分布预测 |
| 2.6 高密实度模拟月壤制备及试验验证 |
| 2.6.1 模拟月壤夯击强化试验验证 |
| 2.6.2 制备工艺参数优选及试验验证 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 模拟月壤软袋取芯特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 钻进取芯原理及钻具构型参数 |
| 3.2.1 月壤钻进取芯工作原理 |
| 3.2.2 取芯钻具构型参数定义 |
| 3.3 原位月壤样芯受扰因素分析 |
| 3.4 月壤软袋取芯力学建模 |
| 3.5 月壤软袋取芯特性试验验证 |
| 3.5.1 钻进取芯特性监测方法 |
| 3.5.2 月壤取芯失稳高度分析 |
| 3.5.3 月壤钻进取芯速率分析 |
| 3.5.4 月壤钻进取芯率试验验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 模拟月壤钻进排屑性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 月壤切削流动及力载建模 |
| 4.2.1 回转切削工况分析 |
| 4.2.2 回转切削堆积形态分析 |
| 4.3 月壤钻进排屑力载建模 |
| 4.3.1 月壤非挤压排屑运移力载 |
| 4.3.2 月壤挤压排屑运移力载 |
| 4.4 基于机器视觉的排屑性能监测方法 |
| 4.4.1 非接触式排屑性能监测方法 |
| 4.4.2 排屑流动特性监测方法验证 |
| 4.5 多维工艺参数下钻进取芯试验验证 |
| 4.5.1 孔外钻屑堆积形态分析 |
| 4.5.2 槽内钻屑堆积形态验证 |
| 4.5.3 钻进排屑力载验证 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 模拟月壤自适应钻进特性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 月壤钻进工艺参数优选 |
| 5.2.1 月表钻进参数包络 |
| 5.2.2 钻进工艺参数值优择 |
| 5.3 钻进取芯特性测试平台研制 |
| 5.4 钻进对象可钻性等级划分 |
| 5.5 钻进特征信号的选择与提取 |
| 5.5.1 钻进信号频率特征分析 |
| 5.5.2 钻进信号时域特性分析 |
| 5.6 可钻性识别模型构建与优化 |
| 5.6.1 钻进对象识别模型构建 |
| 5.6.2 识别模型的参数寻优 |
| 5.7 模拟月壤自适应钻进试验研究 |
| 5.7.1 多种钻进对象样本规划 |
| 5.7.2 自适应闭环钻进控制试验验证 |
| 5.8 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（4）仿生深空探测钻采机构设计及其性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究目的和意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 课题研究目的和意义 |
| 1.2 国内外地外天体采样机构研究现状 |
| 1.2.1 地外天体采样机构概述 |
| 1.2.2 国外地外天体采样机构研究现状 |
| 1.2.3 国内地外天体采样机构研究现状 |
| 1.2.4 分析与启示 |
| 1.3 课题主要研究内容 |
| 第二章 钻探采样机构仿生学研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 仿生学原理概述 |
| 2.3 竹象虫口器形态学研究 |
| 2.3.1 竹象虫概况 |
| 2.3.2 竹象虫口器及上颚生物样本制备 |
| 2.3.3 竹象虫口器微结构 |
| 2.4 竹象虫取食机理研究 |
| 2.5 蚯蚓形态学研究 |
| 2.6 蚯蚓蠕动爬行机理研究 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 仿生钻采系统机构设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 仿生钻采系统设计任务及性能指标 |
| 3.2.1 设计任务 |
| 3.2.2 性能指标 |
| 3.3 钻采系统方案设计 |
| 3.3.1 机架及瓣片构型设计 |
| 3.3.2 径向伸缩单元机构设计 |
| 3.3.3 多瓣式锥形钻头开闭机构设计 |
| 3.4 仿生钻采机构相似性原理分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 多瓣式锥形钻头参数设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论基础 |
| 4.2.1 莫尔-库仑强度理论 |
| 4.2.2 圆孔扩张理论 |
| 4.3 多瓣式锥形钻头特征参数的计算与分析 |
| 4.4 瓣片与星壤相互作用力学模型 |
| 4.4.1 多瓣式锥形钻头基体挤扩分析 |
| 4.4.2 瓣片螺旋刃挤扩分析 |
| 4.4.3 瓣片所需钻进压力分析 |
| 4.5 多瓣式锥形钻头排屑性能分析 |
| 4.5.1 星壤排屑运动分析 |
| 4.5.2 星壤微元受力分析 |
| 4.6 月球环境下钻采机构参数数值计算 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 仿生钻采机构仿真分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 仿真软件 |
| 5.2.1 有限元仿真软件——ABAQUS |
| 5.2.2 运动学仿真软件——ADAMS |
| 5.3 仿生钻采机构与模拟月壤有限元仿真分析 |
| 5.3.1 模拟月壤材料属性定义 |
| 5.3.2 模型建立与设置 |
| 5.3.3 仿真结构与分析 |
| 5.4 仿生钻采机构运动学仿真分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文主要工作总结 |
| 6.2 论文主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（5）月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想与设计（论文提纲范文）
| 1 月球地质环境特征 |
| 2 月球大深度保真取芯探矿构想 |
| 2.1 月球大深度取芯探矿构想 |
| 2.2 月球保真取芯探矿构想 |
| 2.3 面临的技术挑战 |
| 3 月球大深度保真取芯探矿机器人系统设计 |
| 3.1 大深度取芯机器人系统设计 |
| 3.2 保真取芯系统设计 |
| 4 结论 |
（6）月面钻取采样行星传动部件温升及动力学特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 月球环境概述与探测活动 |
| 1.2.2 行星传动部件温升特性分析研究现状 |
| 1.2.3 行星传动部件动力学特性分析研究现状 |
| 1.2.4 分析与启示 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第2章 月面钻取采样行星传动部件温升预测体系理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 月面钻取采样任务需求及行星传动部件结构设计 |
| 2.2.1 月面钻取采样任务需求 |
| 2.2.2 月面钻取采样回转驱动部件的组成 |
| 2.2.3 月面钻取采样行星传动部件的结构设计 |
| 2.3 行星传动部件内部摩擦热源计算 |
| 2.3.1 齿轮摩擦热源的计算 |
| 2.3.2 轴承摩擦热源的计算 |
| 2.4 基于热网络法的温度场分析模型建立 |
| 2.4.1 热网络法的基本原理 |
| 2.4.2 热阻的计算 |
| 2.4.3 行星传动部件热网络法研究 |
| 2.5 基于有限元法的温升预测体系模型建立 |
| 2.5.1 温度场热平衡方程及边界条件 |
| 2.5.2 齿轮摩擦热源的计算与施加 |
| 2.5.3 有限元法瞬态温度场分析技术路线 |
| 2.6 基于理论方法的行星传动部件温度场计算 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 月面钻取采样行星传动部件温升特性试验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 行星传动部件模拟月面环境试验台概述 |
| 3.2.1 模拟月面环境试验台的搭建 |
| 3.2.2 磁流体密封装置的阻抗力矩测试 |
| 3.2.3 热真空试验矩阵 |
| 3.3 温升理论值与测试值对比分析 |
| 3.3.1 摩擦功率损失的理论值与试验值对比 |
| 3.3.2 表面节点温升理论值与试验值对比分析 |
| 3.3.3 温度场分布及传热路径分析 |
| 3.3.4 行星传动部件温升敏感度分析 |
| 3.4 温度最高区域的温升历程及温升数学模型 |
| 3.5 实际工况下温度最高区域的温升历程计算 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 考虑温度因素的行星传动部件固有特性分析及试验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 考虑温度因素的渐开线圆柱齿轮轮齿变形机理分析 |
| 4.3 轮齿受热变形对行星传动部件的影响机理分析 |
| 4.3.1 轮齿变形对齿侧间隙的影响研究 |
| 4.3.2 轮齿变形对啮合刚度的影响研究 |
| 4.4 行星传动部件动力学模型的建立 |
| 4.4.1 行星传动部件坐标系及弹性变形研究 |
| 4.4.2 行星传动部件的受力分析及动力学方程 |
| 4.5 行星传动部件固有特性理论分析 |
| 4.5.1 系统特征值问题描述 |
| 4.5.2 高速级行星轮系振动模态及分析 |
| 4.5.3 低速级行星轮系振动模态及分析 |
| 4.5.4 两级行星轮系耦合振动模态及分析 |
| 4.6 行星传动部件固有特性试验研究 |
| 4.6.1 行星传动部件振动试验方案设计 |
| 4.6.2 行星传动部件振动试验结果分析 |
| 4.7 温度对行星传动部件固有特性影响研究 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 考虑温度因素的行星传动部件动力学特性分析及试验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 运动微分方程的无量纲化处理 |
| 5.3 行星传动部件动力学特性理论研究 |
| 5.3.1 数值求解方法原理 |
| 5.3.2 行星传动部件非线性动力学特性分析 |
| 5.4 行星传动部件动力学特性试验研究 |
| 5.4.1 行星传动部件动态特性测试试验台搭建 |
| 5.4.2 动力学试验结果与分析 |
| 5.5 温度对行星传动部件动力学特性影响研究 |
| 5.5.1 啮合误差变化对动力学特性的影响研究 |
| 5.5.2 啮合刚度变化对动力学特性的影响研究 |
| 5.5.3 阻尼比变化对动力学特性的影响研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（7）纯钛纳米化/离子渗氮复合表面减阻耐磨防护技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 前言 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 钛及其合金钻具的历史与现状 |
| 1.3 钛及其合金的表面强化 |
| 1.4 离子渗氮 |
| 1.5 表面纳米化 |
| 1.6 表面纳米化预处理和离子渗氮复合技术 |
| 1.7 主要研究内容 |
| 1.8 拟解决的科学问题 |
| 1.9 研究目的与意义 |
| 第2章 实验方法和实验设备 |
| 2.1 技术路线 |
| 2.2 实验材料 |
| 2.3 样品制备 |
| 2.3.1 表面纳米化 |
| 2.3.2 离子渗氮 |
| 2.4 分析表征 |
| 2.4.1 微观表面形貌分析 |
| 2.4.2 表面纳米化处理后表面晶粒粒度表征 |
| 2.4.3 离子渗氮前后样品表层物相标定 |
| 2.4.4 横截面金相组织观察 |
| 2.4.5 显微硬度测量 |
| 2.4.6 承载（韧性/抗裂纹）能力测试 |
| 2.5 摩擦磨损性能表征 |
| 第3章 表面纳米化后纯钛TA2的组织结构和摩擦学性能 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 纯钛TA2超声表面滚压后的组织结构和硬度 |
| 3.2.1 表面形貌 |
| 3.2.2 表面组织结构 |
| 3.2.3 横截面金相组织 |
| 3.2.4 硬度 |
| 3.3 纯钛TA2表面纳米化前后的真空摩擦学性能 |
| 3.3.1 摩擦系数 |
| 3.3.2 耐磨性能 |
| 3.4 纯钛TA2表面纳米化前后的磨损机制 |
| 3.4.1 磨屑分析 |
| 3.4.2 磨痕形貌分析 |
| 3.4.3 磨损机制和机理模型探讨 |
| 3.5 表面处理前后纯钛TA2不同对磨副材料下的摩擦学行为 |
| 3.5.1 摩擦系数 |
| 3.5.2 耐磨性 |
| 3.5.3 磨损机制 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 离子渗氮后纯钛TA2的组织结构和摩擦学性能 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 渗氮温度对离子渗氮后TA2组织结构的影响 |
| 4.2.1 相组成 |
| 4.2.2 表面形貌 |
| 4.2.3 横截面金相组织 |
| 4.3 渗氮温度对离子渗氮后TA2硬度和承载能力的影响 |
| 4.3.1 硬度 |
| 4.3.2 承载能力 |
| 4.4 渗氮温度对离子渗氮后TA2的真空摩擦学性能的影响 |
| 4.4.1 摩擦系数 |
| 4.4.2 磨损率 |
| 4.5 离子渗氮后TA2的真空磨损机制 |
| 4.6 纯钛TA2离子渗氮后的真空和大气环境下的摩擦学行为 |
| 4.6.1 摩擦系数 |
| 4.6.2 磨损行为 |
| 4.7 纯钛TA2离子渗氮后在不同对磨副条件下的摩擦学行为 |
| 4.7.1 摩擦系数 |
| 4.7.2 磨损行为 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 纯钛TA2表面纳米化预处理和离子渗氮复合处理技术 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 表面纳米化预处理对TA2离子渗氮后渗层结构的影响 |
| 5.2.1 相结构 |
| 5.2.2 微观表面形貌 |
| 5.2.3 横截面金相组织 |
| 5.3 表面纳米化预处理对TA2离子渗氮后渗层硬度的影响 |
| 5.4 复合处理后TA2的真空摩擦学性能 |
| 5.4.1 摩擦系数 |
| 5.4.2 磨损率 |
| 5.5 表面纳米化预处理对TA2离子渗氮后真空环境下磨损机制的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 6.1 主要研究结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 对下一步工作的建议和展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 个人简历 |
| 博士学习期间研究成果 |
| 博士学习期间参加学术会议 |
| 博士学习期间获得荣誉和奖励 |
（8）基于PFC3D月球钻探功率消耗仿真分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究目的与意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 月球探测现状 |
| 1.3.2 月球采样现状 |
| 1.3.3 月壤、月岩钻取研究现状 |
| 1.3.4 离散元在月壤研究应用现状 |
| 1.4 研究内容与方案 |
| 第二章 月壤月岩的特性调研 |
| 2.1 月壤基本物理力学参数 |
| 2.1.1 月壤的颗粒组成 |
| 2.1.2 月壤密度和孔隙率 |
| 2.1.3 月壤的压缩性、抗剪性和承载力 |
| 2.2 月岩的基本物理力学参数 |
| 2.2.1 月岩的采样情况及类型 |
| 2.2.2 月岩的粒径分布 |
| 2.2.3 月岩的力学特性参数 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 月壤月岩离散元模型的建立 |
| 3.1 离散元发展概述 |
| 3.2 PFC3D分析模型及原理 |
| 3.2.1 线性模型 |
| 3.2.2 粘结模型 |
| 3.3 PFC3D钻探模型的建立与参数优化 |
| 3.3.1 月岩模型的建立 |
| 3.3.2 月壤模型的建立 |
| 3.3.3 钻具模型的建立 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 钻进过程功率消耗理论分析 |
| 4.1 功率分析模型的选取 |
| 4.2 钻探功率理论模型分析 |
| 4.2.1 排粉功率 |
| 4.2.2 切削碎岩功率 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 钻进过程PFC3D仿真分析 |
| 5.1 月球钻进过程仿真模型的建立 |
| 5.1.1 模型初始条件 |
| 5.1.2 模型边界影响分析 |
| 5.2 浅层钻进功率仿真分析 |
| 5.2.1 切削功率仿真分析 |
| 5.2.2 排粉功率仿真分析 |
| 5.3 深层钻进功率仿真分析 |
| 5.3.1 深层钻进钻头部分等效分析 |
| 5.3.2 深层钻进钻杆部分等效分析 |
| 5.4 月岩块体对钻探功率的影响仿真分析 |
| 5.4.1 不同位置月岩块体对钻进功率的影响 |
| 5.4.2 不同形状月岩块体对钻进功率的影响 |
| 5.4.3 不同大小月岩块体对钻进功率的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（9）以月球钻探为例探索地外星体钻探技术（论文提纲范文）
| 1 月球钻探技术研究简介 |
| 1.1 钻探任务和要求 |
| 1.2 钻探遇到的难点问题 |
| 1.3 钻探技术的对策方法 |
| 2 地外星体钻探技术的发展展望 |
| 2.1 国内外地外星体钻探的历史现状 |
| 2.2 我国月球钻探的发展设想 |
| 3 结语 |
（10）月球取样钻探平台的研制及模拟试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究目的和意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究目的和意义 |
| 1.2 国内外月表探测采样技术研究现状 |
| 1.2.1 国外月表探测采样技术研究现状 |
| 1.2.2 国内月表探测采样技术研究现状 |
| 1.3 论文的研究内容、思路及预期目标 |
| 1.3.1 论文研究内容 |
| 1.3.2 论文研究思路 |
| 1.3.3 论文预期目标 |
| 1.4 本章小结 |
| 第二章 月表钻探取心工艺参数研究 |
| 2.1 月球表面环境 |
| 2.1.1 月壤厚度 |
| 2.1.2 月表温度 |
| 2.1.3 月表重力 |
| 2.1.4 月壤湿度 |
| 2.2 月表钻探工艺 |
| 2.2.1 螺旋钻杆参数 |
| 2.2.2 螺旋钻杆回转转速 |
| 2.2.3 螺旋钻杆回转阻力矩 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 月球取样钻探平台的搭建 |
| 3.1 动力驱动单元设计 |
| 3.1.1 电机的选型设计 |
| 3.1.2 电源、控制器选型设计 |
| 3.2 钻机动力头的设计 |
| 3.2.1 冲击机构设计 |
| 3.2.2 回转机构设计 |
| 3.2.3 接头设计 |
| 3.3 试验台架的设计 |
| 3.3.1 试验台架结构设计 |
| 3.3.2 试验台架校核 |
| 3.4 测试系统设计 |
| 3.4.1 动态扭矩测试 |
| 3.4.2 激光转速传感器 |
| 3.4.3 瞬时电压、瞬时电流测量 |
| 3.5 钻具设计 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 月壤取样模拟平台钻探试验 |
| 4.1 试验设备介绍 |
| 4.1.1 月壤取样模拟平台 |
| 4.1.2 试验用螺旋钻杆 |
| 4.1.3 钻探试验用土样 |
| 4.1.4 其他附件 |
| 4.2 室内试验 |
| 4.2.1 试验不同螺距单、双螺旋的钻进效率 |
| 4.2.2 试验冲击频率对钻进效果的影响 |
| 4.2.3 钻压对钻进效果的影响 |
| 4.2.4 试验非钻进状态下钻杆所受到的回转力矩 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 钻机的优化设计 |
| 5.1 结构优化设计 |
| 5.2 钻机材质优化 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
四、试论月球表面钻探取样的难点与关键技术（论文参考文献）
- [1]嫦娥五号月面采样遥操作中的关键技术[J]. 刘传凯,李剑,张天柱,刘茜,黄泽远,张济韬,高宇辉,于天一,张宽,常天宇,吴杰,杨成,李贵良,邓嘉诚,徐楠青,冯晓萌. 中国科学:技术科学, 2022
- [2]行星地质工程原位测试方法[J]. 陈薪硕,李守定,张晓静,魏勇,李娟,杨蔚,李晓,隋旺华,宋玉环. 工程地质学报, 2021(05)
- [3]高密实度模拟月壤自适应钻进取芯特性研究[D]. 唐钧跃. 哈尔滨工业大学, 2020
- [4]仿生深空探测钻采机构设计及其性能研究[D]. 周晨阳. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [5]月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想与设计[J]. 谢和平,张国庆,罗通,高明忠,李存宝,刘涛. 工程科学与技术, 2020(02)
- [6]月面钻取采样行星传动部件温升及动力学特性研究[D]. 肖洪. 哈尔滨工业大学, 2018(02)
- [7]纯钛纳米化/离子渗氮复合表面减阻耐磨防护技术研究[D]. 佘丁顺. 中国地质大学(北京), 2017(02)
- [8]基于PFC3D月球钻探功率消耗仿真分析[D]. 宋江文. 中国地质大学(北京), 2017(02)
- [9]以月球钻探为例探索地外星体钻探技术[J]. 蔡黄河,彭振斌. 科技视界, 2015(16)
- [10]月球取样钻探平台的研制及模拟试验研究[D]. 陈浩文. 中国地质大学(北京), 2015(01)