月面鉆取采樣過程鉆具熱特性測試系統(tǒng)研制與試驗研究.pdf

1、探月工程(三期)的主要任務(wù)是實現(xiàn)無人月面鉆取采樣并返回地球,由于月面的高真空環(huán)境以及月壤導熱率低的特點,且鉆具在鉆取采樣過程中采用無水冷等冷卻措施的干鉆模式,鉆具在鉆進過程中會產(chǎn)生大量熱量,并不斷累積致使鉆具溫度逐漸升高,過高的溫度將導致鉆具發(fā)生失效進而導致鉆取任務(wù)失敗。因此,本文針對一種確定構(gòu)型的取樣鉆具,開展了鉆具鉆進過程熱特性試驗研究。
　　針對內(nèi)翻式軟袋取心鉆具的結(jié)構(gòu)及工作原理進行了分析,基于鉆具的工作環(huán)境、采樣對象特性兩

2、個方面,分析了影響取樣鉆具鉆進過程熱特性的因素。針對預測的模擬月巖鉆進極端工況,通過預估熱流密度等參數(shù),開展了基于ANSYS的穩(wěn)態(tài)熱分析,獲得了鉆具溫度場分布情況,并預測了溫度測量系統(tǒng)的量程范圍。
　　根據(jù)預測的溫度測量系統(tǒng)量程范圍,研制了基于無線光纖光柵傳感器及基于無線K型熱電偶傳感器的溫度在線測量系統(tǒng),該系統(tǒng)具有較大量程,較好的測量精度及動態(tài)響應(yīng)性的特點,并分別將測試系統(tǒng)在北京衛(wèi)星制造廠研制的采樣鉆機試驗平臺與哈爾濱工業(yè)大學研

3、制的全參數(shù)監(jiān)測取樣鉆機試驗平臺進行了集成。
　　開展了模擬月巖和模擬月壤的采樣過程鉆具熱特性試驗研究。在模擬月巖鉆進過程熱特性試驗研究中,開展了基于真空環(huán)境條件、負載對象、鉆進動力參數(shù)的鉆進過程鉆具溫升規(guī)律的研究,以及基于鉆具多點溫度監(jiān)測的溫度場分布的研究,獲得了鉆具鉆進月巖工況的熱特性風險情況并預測了鉆具突破一定厚月巖的優(yōu)化鉆進動力參數(shù)范圍。在模擬月壤試驗研究中,開展了常溫常壓條件下基于全鉆進動力參數(shù)的鉆具鉆進過程溫升規(guī)律的研究