月球土壤采样钻具钻进过程热特性分析.doc

月球土壤采样钻具钻进过程热特性分析 月球探测工程是我国目前开展深空探测活动的首要任务。月球土壤（月壤） 中含有丰富的月球环境和空间环境变化信息， 对月壤的研究， 不仅是探索太阳系 演化过程的重要基础， 也是月球矿物、 能源资源的储量、 分布和开发利用价值的 评估依据。月壤采样钻具的研制是决定月球样品采样成功与否的关键环节， 而复杂的月 球表面（月面） 热环境对钻具的热特性分析提出了特殊的要求， 进而对钻具结构 和钻进规程控制的设计具有重要意义。本文针对一种类似于前苏联月球探测器 LUNA24号所采用的空心钻杆加软袋式取样钻具，建立了钻具在月球表面热环境 下的分析模型；结合文献资料数据， 确定了一种相对恶劣的月球表面极限环境参 数。对钻具在月球表面热环境下钻进采集月壤样品的过程进行了热分析计算； 分 析了钻具钻进过程中影响表面生热的月壤物性参数影响。 研究了钻进过程中钻具 的受力状态，建立了热力边界条件的关联，编制了 ANSY歸令流，实现了钻具在 不同工况下的热特性分析。通过对正常工况、 恶劣工况以及停机工况下钻具的瞬态热响应计算分析， 讨 论了以转速、进尺速度为主的钻进规程参数对钻具最高温度变化和整体温度分布 的影响。结合正常钻进工况和停机工况的温度分布特性， 提出了间歇性停机的钻 进方式，获得了钻具高温区域温度控制方案，对钻进规程设计有一定指导意义。此外，为了进一步完善本文所建立的热分析模型， 补充开展了地面热环境下 钻具的热响应特性计算，为后续地面试验验证做好准备。