吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (6): 1836-1843.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180904

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CE-3月球车筛网轮月面沉陷行为试验

陈百超1(),邹猛2(),党兆龙1,黄晗2,贾阳1,石睿杨2,李建桥2   

  1. 1. 中国空间技术研究院 北京空间飞行器总体设计部,北京 100094
    2. 吉林大学 工程仿生教育部重点实验室,长春130022
  • 收稿日期:2018-09-03 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-11-08
  • 通讯作者: 邹猛 E-mail:cbc2009@163.com;zoumeng@jlu.edu.cn
  • 作者简介:陈百超(1979-),男,研究员,博士.研究方向:宇航科学与技术. E-mail:cbc2009@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51775233);吉林省自然科学基金项目(20170101210JC);中国空间技术研究院预研项目(5010120160759)

Experiment on pressure⁃sinkage for mesh wheels of CE⁃3lunar rover on lunar regolith

Bai-chao CHEN1(),Meng ZOU2(),Zhao-long DANG1,Han HUANG2,Yang JIA1,Rui-yang SHI2,Jian-qiao LI2   

  1. 1. Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China
    2. Key Laboratory of Bionics Engineering, Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130022, China
  • Received:2018-09-03 Online:2019-11-01 Published:2019-11-08
  • Contact: Meng ZOU E-mail:cbc2009@163.com;zoumeng@jlu.edu.cn

摘要:

CE-3月球车在月面行驶时,车辙沉陷是判别其通过性的主要依据。本文通过土槽试验研究了CE-3月球车筛网轮的沉陷行为,试验结果表明:车轮表观沉陷量小于实际沉陷量,动态沉陷差值最大为19.8 mm,最小为3.7 mm,且沉陷差值随滑转率的增大而增大。根据试验数据,建立了预测沉陷差值的数学模型,并通过月球车内场试验进行验证,结果表明:模型3和模型4预测准确,精度分别为85%和84.5%。研究结果可为中国月球车通过性能评估、路径规划提供参考和依据。

关键词: 车辆工程, 月球车, 车轮沉陷, 筛网轮, 土槽试验

Abstract:

The trafficability of CE-3 Lunar rover can be evaluated by the sinkage of the wheels. In this research, the static and dynamic sinkage tests were conducted. The results show that the apparent sinkage is smaller than actual sinkage, and the difference of sinkage is affected by the slip ratio, wheel load and the regolith conditions. The maximal difference of sinkage was 19.8mm and the minimal difference was 3.7mm. A prediction model of the sinkage difference was built according to the test data, and verified by the field test of CE-3 rover. Results show that the accuracy of model 3 is 85%, and the accuracy of model 4 is 84.5%. The results are helpful to evaluate the trafficability and to plan the path for the CE-3 and CE-4 rovers.

Key words: vehicle engineering, lunar rovers, sinkage, mesh-wheel, soil bin test

中图分类号: 

  • V416

图1

筛网轮实际沉陷与表观沉陷"

图2

筛网轮沉陷试验"

表1

模拟月壤参数"

参 数取 值
中值粒径/μm45
比重2.73
容重/(g·cm-31.09~1.66
内聚力/kPa0.078~0.489
内摩擦角/(°)30.59~36.45
剪切变形模量/cm1.63~1.92
变形指数0.956~1.190
粘聚模量/(kN/mN+17.73~387.73
摩擦模量/(kN/mn+2762.85~15 599.84
含水率/%0.32

图3

筛网轮车辙扫描"

图4

载荷-沉陷曲线"

图5

筛网轮静态沉陷结果"

图6

筛网轮土槽试验台"

图7

CE-3筛网轮土槽试验"

图8

载荷对沉陷量的影响"

图9

月壤状态对沉陷的影响"

图10

动态沉陷差异"

表2

静态沉陷模型系数"

状态系数静差1静差2
松软b02.75235.4277
b10.14900.3390
自然b00.82343.5771
b10.21800.6230
合并b01.58204.5024
b10.18700.4720

表3

动态沉陷模型系数"

状态系数动差1动差2动差3动差4
松软b0-6.26951.73973.9727-0.1891
b10.89451.09980.34090.8771
b20000.3310
自然b0-2.68004.1555.61262.4815
b10.87710.97720.28030.6837
b20000.2697
紧实b0-3.65931.59632.6427-1.2923
b11.08960.87240.31730.8387
b20000.3154
合并b0-0.46542.50794.05140.3111
b10.63421.00160.31970.8018
b20000.3113

图11

CE-3验证试验"

图12

车辙图像处理"

表4

动态沉陷差值"

指 标自然松软
5%25%5%25%
实际沉陷/mm7.6615.3614.0118.25
表观沉陷/mm3.323.517.683.61
实际差值/mm4.3411.846.3314.64
动差2模型/mm7.527.527.527.52
动差3模型/mm5.6512.045.6512.04
动差4模型/mm5.8812.105.8812.10
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