CN111157257A - 一种模拟月球环境车轮扬尘测量试验台 - Google Patents

一种模拟月球环境车轮扬尘测量试验台 Download PDF

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邹猛
郭子琦
陈朕
徐丽涵
韩彦博
魏楷峰
周剑飞
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Abstract

本发明公开了一种模拟月面环境扬尘测量试验台装置，包括月面环境模拟机构、测量***、车轮、车轮运动机构；月面环境模拟机构包括机架、真空罩、模拟月壤、土槽、真空泵，土槽固定在真空罩内，模拟月壤均匀铺放于土槽内，机架固定在土槽上方，真空泵通过管路与真空罩内部联通；测量***安装在真空罩内，用于测量扬尘颗粒参数以及车轮参数；车轮运动机构包括水平滑动机构、升降机构、车轮传动机构，水平滑动机构安装在机架上且可在土槽上方水平滑动，升降机构垂直连接在水平滑动机构下方，传动机构安装在升降机构底部且与车轮连接，用于驱动车轮在模拟月壤表面转动。本发明适用于不同载荷以及不同规格下车轮的运行情况扬尘测量。

Description

一种模拟月球环境车轮扬尘测量试验台
技术领域
本发明属于月尘抑尘技术领域，特别涉及一种模拟月球环境扬尘试验台。
背景技术
月球表面覆盖着一层很厚的月壤，月壤是由平均粒径为75μm的颗粒组成，载人月球车在月壤上快速行驶时造成的月尘粒径小于20μm，在微重力和高真空条件下，难以清除，所有到达过月球表面的宇航员都发现月尘带来的麻烦远远地超出了想象。这些颗粒不仅会对宇航员健康造成威胁，对宇航服造成损害，而且附着于航天器的各种表面上的月尘会引起很多故障，对航天***的可靠性和安全性造成了极大威胁。
载人月球车快速行驶时造成车轮扬尘现象，车轮扬尘比宇航员行走引起的扬尘现象更为严重。月表的真空等特殊环境使月尘粘附性强，且月表没有空气，月尘的运动轨迹不受空气流动的影响。带电月尘会受到月球表面电场的作用而漂浮在月球表面，对宇航员安全、宇航服防护、月球车功能造成极其恶劣影响。因此，有必要研制车轮扬尘测试设备，对我国载人月球车车轮的扬尘进行定量分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟月面环境扬尘测量试验台，可以实现在模拟月面环境下测量车轮的月尘扬起情况。本发明的试验台可适用于车轮原地转动以及行走时的扬尘测量，适用于不同载荷以及不同规格下车轮的运行情况扬尘测量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种模拟月面环境扬尘测量试验台装置，包括月面环境模拟机构、测量***、车轮、车轮运动机构；所述月面环境模拟机构包括机架、真空罩、模拟月壤、土槽、真空泵，土槽固定在真空罩内，模拟月壤均匀铺放于土槽内，机架固定在土槽上方，真空泵通过管路与真空罩内部联通；所述测量***安装在真空罩内，用于测量扬尘颗粒参数以及车轮参数；所述车轮运动机构包括水平滑动机构、升降机构、车轮传动机构，水平滑动机构安装在机架上且可在土槽上方水平滑动，升降机构垂直连接在水平滑动机构下方，传动机构安装在升降机构底部且与车轮连接，用于驱动车轮在模拟月壤表面转动。
进一步地，所述月面环境模拟机构还包括模拟光源及土槽支架，模拟光源安装在机架上且照射土槽内模拟月壤，土槽通过土槽支架固定在真空罩内。
进一步地，所述测量***包括颗粒轨迹摄像机、粉尘测量仪、全局摄像机，两台颗粒轨迹摄像机分别安装在机架和车轮运动机构上，全局摄像机、粉尘测量仪分别安装在土槽内壁上。
进一步地，所述水平滑动机构包括滑轨机构、滚轮、轨道；两条轨道水平连接在机架上，滑轨机构通过滚轮与两条轨道滑动连接，滑轨机构上设有滑杆定位孔，用于连接升降机构。
进一步地，所述升降机构包括平台滑杆、车轮固定平台，平台滑杆上端与水平滑动机构连接，平台滑杆下端与车轮固定平台连接，平台滑杆上设有多个安装孔，用于调节车轮固定平台的安装高度。
进一步地，所述车轮传动机构包括链传动机构及电机，电机固定在升降机构上，电机轴通过链传动机构与车轮的轮轴连接。
本发明具有以下优点：
本发明通过月面环境模拟***模拟月球表面真空环境、月壤及光照；电机带动车轮固定平台前行，滑轨机构在轨道上保证机构能够顺畅前行；测量***测量颗粒高度、颗粒运动轨迹、颗粒浓度、车轮载荷、车轮扭矩及车轮速度，得到有效防止扬尘的车轮参数。本发明的试验台可适用于车轮原地转动以及行走时的扬尘测量，适用于不同载荷以及不同规格下车轮的运行情况扬尘测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种模拟月球环境扬尘试验台整体结构示意图；
图2为本发明轴测结构示意图；
图3为本发明轴测结构示意图；
图4为实验车轮部装配示意图；
图中：1-机架；2-颗粒轨迹摄像机；3-真空罩；4-粉尘测量仪；5-模拟光源；6-全局摄像机；7-模拟月壤；8-土槽；9-土槽支架；10-真空泵；11-滑杆定位孔；12-滑轨机构；13-滚轮；14-轨道；15-平台滑杆；16-链轮箱；17-电机；18-车轮固定平台；19-车轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种模拟月面环境扬尘测量试验台装置，包括月面环境模拟机构、测量***、车轮19、车轮运动机构；所述月面环境模拟机构包括机架1、真空罩3、模拟月壤7、土槽8、真空泵10，土槽8固定在真空罩3内，模拟月壤7均匀铺放于土槽8内，机架1固定在土槽8上方，真空泵10通过管路与真空罩3内部联通；所述测量***安装在真空罩3内，用于测量扬尘颗粒参数以及车轮参数；所述车轮运动机构包括水平滑动机构、升降机构、车轮传动机构，水平滑动机构安装在机架上且可在土槽上方水平滑动，升降机构垂直连接在水平滑动机构下方，传动机构安装在升降机构底部且与车轮连接，用于驱动车轮在模拟月壤表面转动。
所述月面环境模拟机构包括机架1、真空罩3、模拟光源5、模拟月壤7、土槽8、土槽支架9、真空泵10，真空罩3罩在整个试验台外部，土槽8通过土槽支架9固定在真空罩3内，模拟月壤7均匀铺放于土槽8内，机架1固定在土槽8上方，模拟光源5安装在机架1上且照射土槽8内模拟月壤7，真空泵10安装在真空罩3旁且与真空罩3内部通过管路联通。月面环境模拟***模拟月球表面真空环境、月壤及光照。
所述测量***包括颗粒轨迹摄像机2、粉尘测量仪4、全局摄像机6，其中两台颗粒轨迹摄像机2分别安装在机架1和车轮固定平台18上，全局摄像机6、粉尘测量仪4分别安装在土槽8内壁上。颗粒轨迹摄像机2和全局摄像机6均为高速摄像机。测量***测量颗粒高度、颗粒运动轨迹、颗粒浓度、车轮载荷、车轮扭矩及车轮速度。
所述车轮运动机构包括水平滑动机构、升降机构、车轮传动机构，水平滑动机构安装在机架1上且可在土槽8上方水平滑动，升降机构垂直连接在水平滑动机构下方，传动机构安装在升降机构底部用于驱动车轮在模拟月壤表面转动。
水平滑动机构包括滑轨机构12、滚轮13、轨道14，两条轨道14水平连接在机架1上，滑轨机构12上安装有滚轮13，滚轮13与两条轨道14上设置的滚轮凹槽连接，使滑轨机构12可以在轨道14上自由滑动。滚轮13在滑轨机构12水平面两侧各分布一列，保证滑轨机构12能顺畅运动。滑轨机构12上设有三个滑杆定位孔11，用于连接升降机构。
升降机构包括平台滑杆15、车轮固定平台18，平台滑杆15上端与滑轨机构12的滑杆定位孔连接，且与滑轨机构12垂直，平台滑杆15下端与车轮固定平台18连接，平台滑杆15上设有多个安装孔，用于调节车轮固定平台18的安装高度。
车轮传动机构包括链传动机构及电机17，电机17固定在车轮固定平台18上，电机轴通过链传动机构与车轮轴连接，链传动机构包括链轮箱16、传动链及两个链轮，链轮箱垂直且穿过车轮固定平台，两个链轮分别安装在电机轴和车轮轴上，两个链轮通过传动链连接。
以下介绍本发明的工作原理：
模拟月球环境扬尘测量试验台开始工作时，将待用规格车轮安装在车轮固定平台18上，将车轮19与电机17通过链与链轮相连接，调整车轮固定平台18在平台滑杆15的上下高度。调整完成后，开始工作，密封真空罩3，打开真空泵10及模拟光源5。待真空罩3内气压达到实验要求后，打开颗粒轨迹摄像机2、全局摄像机6，粉尘测量仪4进入到工作状态。
调整好所需要的车轮转速参数后，打开电机17开关，电机17带动车轮固定平台18前行，滑轨机构12在轨道14上保证机构能够顺畅前行。颗粒轨迹摄像机2、全局摄像机6，粉尘测量仪4开始记录数据。当前进距离达到要求时，通过位移传感器将步进电机停止，读取高速摄像机2、6、粉尘测量仪4测得的实验数据。

Claims (6)

1.一种模拟月面环境扬尘测量试验台装置，其特征在于，包括月面环境模拟机构、测量***、车轮、车轮运动机构；所述月面环境模拟机构包括机架、真空罩、模拟月壤、土槽、真空泵，土槽固定在真空罩内，模拟月壤均匀铺放于土槽内，机架固定在土槽上方，真空泵通过管路与真空罩内部联通；所述测量***安装在真空罩内，用于测量扬尘颗粒参数以及车轮参数；所述车轮运动机构包括水平滑动机构、升降机构、车轮传动机构，水平滑动机构安装在机架上且可在土槽上方水平滑动，升降机构垂直连接在水平滑动机构下方，传动机构安装在升降机构底部且与车轮连接，用于驱动车轮在模拟月壤表面转动。
2.如权利要求1所述的一种模拟月面环境扬尘测量试验台装置，其特征在于，所述月面环境模拟机构还包括模拟光源及土槽支架，模拟光源安装在机架上且照射土槽内模拟月壤，土槽通过土槽支架固定在真空罩内。
3.如权利要求1所述的一种模拟月面环境扬尘测量试验台装置，其特征在于，所述测量***包括颗粒轨迹摄像机、粉尘测量仪、全局摄像机，两台颗粒轨迹摄像机分别安装在机架和车轮运动机构上，全局摄像机、粉尘测量仪分别安装在土槽内壁上。
4.如权利要求1所述的一种模拟月面环境扬尘测量试验台装置，其特征在于，所述水平滑动机构包括滑轨机构、滚轮、轨道；两条轨道水平连接在机架上，滑轨机构通过滚轮与两条轨道滑动连接，滑轨机构上设有滑杆定位孔，用于连接升降机构。
5.如权利要求1所述的一种模拟月面环境扬尘测量试验台装置，其特征在于，所述升降机构包括平台滑杆、车轮固定平台，平台滑杆上端与水平滑动机构连接，平台滑杆下端与车轮固定平台连接，平台滑杆上设有多个安装孔，用于调节车轮固定平台的安装高度。
6.如权利要求1所述的一种模拟月面环境扬尘测量试验台装置，其特征在于，所述车轮传动机构包括链传动机构及电机，电机固定在升降机构上，电机轴通过链传动机构与车轮的轮轴连接。
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