Hareketli taşlarla karışık gezegen arazisinde gezici tekerleklerin çekiş yeteneği araştırması için bir yöntem

Chang’e-6/7/8 keşif misyonu geçtiğimiz günlerde Çin tarafından resmi olarak duyuruldu ve uluslararası ay ve Mars araştırma istasyonu planları 2030’lu yıllarda hayata geçirilecek. Çin’in gelecekteki ay ve Mars yüzey araştırma faaliyetlerinin daha uzun süreceği, daha geniş bir keşif aralığına sahip olacağı ve geçilmesi ve keşfedilmesi gereken daha karmaşık bir araziye sahip olacağı ve bunun da gezegen gezicisinin çalışma performansı ve uyarlanabilirliği üzerinde ciddi zorluklar oluşturacağı tahmin edilebilir. gezegenin yüzey ortamına.

Temel sorunlardan biri, gezegen toprağının mekanik özellikleri ile gezegen gezgininin tekerleklerinin çekiş performansı arasındaki ilişkiyi incelemek olacaktır. Terramekanik araştırmalarının karma alanları esas olarak statik taşlardan ve gevşek topraktan oluşur.

Oysa karışık araziden kaynaklanan tekerleğin çekiş performansının etkisi analiz edilirken taşların hareket davranışı genellikle göz ardı edilir. Hareketli taşlar ve gevşek topraktan oluşan karışık arazide hareket eden gezegensel aracın tekerleğinin terramekanik problemini açıklayan mevcut teori kusurlu olduğundan ve hesaplaması nispeten karmaşık olduğundan, karma arazi altında bir gezegensel gezicinin tekerleğinin temas kuvvetinin yeni çözümü Hareketli bir taş ve gevşek bir toprağın varlığı araştırmaya değerdir.

Yakın zamanda yayınlanan bir araştırma makalesinde Uzay: Bilim ve TeknolojiPekin Jiaotong Üniversitesi’nden Jiangshan Du ve Tieqiu Huang, bu sorunları hedefleyerek, taşlarla kaplı olmayan kalan toprak ve tekerlek arasındaki etkileşim kuvvetini çözmek için bir artık zemin modeli ve zemini hesaplamak için bir plastik homojen zemin mekaniği modeli önermektedir. Hareketli bir taşa uygulanan kuvvet.

İlk olarak yazarlar tekerlek ve zemin arasındaki iki tipik etkileşim modelini gözden geçiriyorlar. Wong-Reece modelinde ve Janosi modelinde sert tekerlek ile yumuşak zemin arasındaki temas gösterilmektedir. Wong-Reece modeli yaklaşma açısı arasındaki ilişkiyi açıklar. Θ₁ ve verilen batma z μ deneylerle belirlenen değer.

Janosi kayma gerilimi modeli formüle eder τ(Θ)) altında μ =1. İkisi birlikte destek kuvvetini oluşturur K ve çeki demiri çekişi DP entegrasyonlar yoluyla. Sert bir tekerlek ve taşın temas modelinde, bir katı ile bir katı arasındaki normal kuvveti hesaplamak için Hertz temas teorisini temel alan doğrusal olmayan yay-sönümleyici modeli benimsenmiştir.

Bir tekerlek bir taşın üzerinden geçtiğinde aynı zamanda yapışma da meydana gelir P Coulomb sürtünme modeli ve direnç momenti ile hesaplanır M_w.

Daha sonra yazarlar önerilen iki modeli detaylandırıyorlar. Önerilen modeller aşağıdaki varsayımları karşılamaktadır: 1) Modeller, hareketli taş ve gevşek topraktan oluşan karma arazide gerçekleştirilir; 2) Taşlar hareket etsin veya etmesin, taşlar arasında temas yoktur; 3) Yanal kuvvetler göz ardı edilerek modeller sadece 2 boyutlu düzlemde kullanılır.

Artık zemin modelinde temel fikir, entegrasyon alanını değiştirmektir. K Ve DP Hareketli bir tekerlek aynı anda taş ve toprakla temas halinde olduğunda, tekerlek ile kalan toprak arasındaki etkileşim kuvvetini çözmek için. Bu durumda, bir taşın içinden geçen tekerlek, bir taşın art arda yaklaşma açısından geçtiği süreç olarak kabul edilir. Θ₁maksimum gerilme açısı Θ_Mve kalkış açısı Θ₂.

Sonunda tekerleğin toprakla etkileşime girdiği alanı terk eder. Plastik homojen zemin mekaniği modelinde, zeminin taşıma özelliklerini yansıtan ve yaklaşık olarak tipik bir doğrusal olmayan yay modeli olarak kabul edilebilecek Bekker’in basınç-batma modeli, basınç ve çökme arasındaki ilişkileri araştırmak için 2 boyutlu uzaya genişletilebilir. 2 yönde.

Son olarak yazarlar önerilen modelleri doğrulamak için simülasyonu ve deneyi gerçekleştirirler. Teker genişliği 14 cm’dir. Tekerleğin çapı 30 cm’dir. Tekerleğin ileri hızı 0,03 m/s’dir. Kayma oranı 0,3’tür. Tekerlek, pozitif X ekseni boyunca düzgün bir doğrusal harekettir. Deneyde, hareketli motor (4) tekerleği ileri itmek için bir bantlı konveyör yoluyla tekerleğe moment verir, altta bulunan başka bir tahrik motoru (4) ise tekerleğin kendi ekseni etrafında dönmesini sağlamak için bir bağlantıya dayanır.

Hareket ve dönüş hızları, tahrik millerine bağlı kodlayıcılar (3) tarafından ölçülür. Bu çalışma Mars toprağını araştırma nesnesi olarak alıyor; bu nedenle toprak olarak kuru kum seçilmiştir ve topoğrafya düzdür. Plastik homojen zemin mekaniği modeli ile artık zemin modelinin geçerliliği, simülasyon ve deneyde farklı kayalarla temas halindeki rijit tekerleğin çekiş performansı hatası karşılaştırılarak doğrulanmıştır.

Sonuçlar şunları göstermektedir: 1) Hareketli taşlar için batma, çeki çubuğu çekmesi ve direnç momentinin simülasyon sonuçları, yukarıda önerilen modellerin etkinliğini doğrulayan deneysel sonuçlarla iyi bir uyum içindedir; 2) Sabit taşla karşılaştırıldığında taşların hareket durumlarının tekerleğin çekiş performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu açıktır. Bu nedenle bazı durumlarda taş hareketinin tekerlek çekiş kabiliyeti üzerindeki etkisinin göz ardı edilmesi büyük hatalara yol açabilir.