基于可鉆性在線辨識的月面鉆取采樣鉆進(jìn)規(guī)程研究.pdf

1、目前，我國探月工程（三期）月面鉆取采樣任務(wù)將采用無人鉆取采樣裝置獲取月表深度約兩米的月壤樣品，并保持樣品層理信息。鑒于著陸區(qū)月壤物理力學(xué)特性（粒徑極配、顆粒硬度、相對密實度等）具有隨機性和不可預(yù)見性的特點，鉆取采樣器對鉆進(jìn)取芯過程的力載適應(yīng)性以及樣品層理信息保持性都提出了嚴(yán)格要求。除優(yōu)化采樣器機械本體外，具有一定辨識能力并能自動調(diào)節(jié)鉆進(jìn)參數(shù)的控制策略是提高其對不確定月壤對象適應(yīng)能力的有效途徑。
　　不同于地面鉆探，月面鉆取采樣可利

2、用的在軌監(jiān)測資源極為有限，且鉆進(jìn)對象的物理力學(xué)參數(shù)繁多，基于現(xiàn)有條件難以準(zhǔn)確辨識月壤的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行在軌控制。因此本文引入地質(zhì)勘探領(lǐng)域巖石可鉆性概念，用可鉆性等級指標(biāo)描述月壤的鉆進(jìn)難易程度。通過建立取芯鉆具與月壤相互作用力學(xué)模型，獲取月壤的合理鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)。利用模式識別方法開展月壤可鉆性等級的辨識研究，實現(xiàn)合理鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)與可鉆性等級的實時匹配與控制。
　　分別以空心鉆桿和取芯鉆頭為研究對象，基于土力學(xué)相關(guān)理論，在充分考慮鉆具作用下

3、月壤的失效形式以及運移機理基礎(chǔ)上，提出了螺旋槽填充率概念。將鉆進(jìn)工況分成阻塞和非阻塞兩類，建立了以鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)、鉆具構(gòu)型參數(shù)以及月壤物理力學(xué)參數(shù)為變量，不同工況下鉆具與月壤相互作用力學(xué)模型。
　　制備特定模擬月壤樣本并測定其力學(xué)參數(shù)，在研制完成的鉆取采樣綜合性能測試平臺上開展多維鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)下的鉆進(jìn)取芯試驗，驗證了螺旋槽填充率假設(shè)及鉆具-月壤力學(xué)模型的的正確性。引入月面鉆取采樣鉆進(jìn)規(guī)程優(yōu)化指標(biāo)，并以此為約束條件，利用最小能耗原理獲