月面探测车辆驱动轮牵引性能研究

月面探测车辆是各种探测仪器的载体,其基本功能是具有在未知的复杂路面行走的能力,以满足科学探测考察的需要,由于月壤可通过能力差,且探测车辆要求工作可靠、重量轻、尺寸小。因此,深入研究在月面环境下的探测车辆牵引性能,对其性能评估及面向月球的高通过性行走机构研制具有重要意义。 本文针对月面探测车辆驱动轮牵引性能的研究需要,以火山灰为主要原料制备了应用于月面-车辆力学试验用模拟月壤,研制了月壤-车轮土槽测试系统,设计了不同结构尺寸的被试轮。在此基础上,进行了月面探测车辆驱动轮牵引性能试验,分析了驱动轮下模拟月壤的剪切破坏形式,得出了不同结构参数和行驶条件下驱动轮的牵引性能。在土槽试验与车辆-地面力学研究成果基础上,建立了月面探测车辆驱动轮与月壤相互作用关系数学模型,通过压板试验和履带板试验确定了模拟月壤的地面力学相关参数,并利用自行编写的仿真程序对探测车辆驱动轮牵引性能进行了仿真分析。最后,本文使用颗粒流程序(PFC2D)细观分析了微重力条件下驱动轮与月壤相互作用关系,得出了驱动轮下月壤颗粒的运动轨迹、孔隙率变化、速度分布、接触力场等规律以及微重力条件下驱动轮的牵引性能。以上研究可为月面探测车辆行走系统设计、分析与验证、原理样机研制奠定基础。