模擬月塵的揚(yáng)塵試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬月塵揚(yáng)塵的試驗(yàn)方法，包括使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接在車輪輪軸上并能繞其旋轉(zhuǎn)，同時(shí)與車輪輪軸一起圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，在試驗(yàn)過程中旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，車輪與模擬月塵緊密接觸并且試驗(yàn)在真空容器內(nèi)進(jìn)行；通過利用標(biāo)尺和粒子圖像測(cè)速儀測(cè)量和采集揚(yáng)塵高度圖像數(shù)據(jù)最終確定出得到每次試驗(yàn)的揚(yáng)塵高度。該試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后在車輪旋轉(zhuǎn)后方會(huì)產(chǎn)生月塵揚(yáng)塵現(xiàn)象，隨著車輪轉(zhuǎn)速增加，月塵揚(yáng)塵現(xiàn)象越激烈。該方法首次實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下模擬由車輪旋轉(zhuǎn)引起月塵揚(yáng)塵現(xiàn)象，并能通過粒子圖像測(cè)速儀測(cè)量和采集到揚(yáng)塵高度的圖像數(shù)據(jù)。
【專利說明】模擬月塵的揚(yáng)塵試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間環(huán)境效應(yīng)模擬試驗(yàn)方法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說，本發(fā)明涉及一種模擬月塵的試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，所有到達(dá)過月球表面的宇航員都可發(fā)現(xiàn)，月塵對(duì)航天器系統(tǒng)的可靠性造成了極大威脅。例如，在探測(cè)器著陸、巡視器行駛、宇航員行走過程中均會(huì)產(chǎn)生月塵揚(yáng)塵現(xiàn)象，揚(yáng)起的月塵對(duì)航天器表面的熱控材料、光學(xué)相機(jī)、光學(xué)敏感器等部件的正常工作造成非常不利的影響，甚至?xí)绊懱栯姵仃嚨墓ぷ餍?。因此，月塵揚(yáng)塵模擬試驗(yàn)在航天器可靠性研究中至關(guān)重要，但由于地面上真實(shí)月塵材料十分珍貴，試驗(yàn)需要采用模擬月塵的方式代替真實(shí)月塵進(jìn)行。
[0003]基于此，本發(fā)明提出了一種模擬月塵的揚(yáng)塵試驗(yàn)方法，主要用于模擬真空環(huán)境下由巡視器行駛車輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的揚(yáng)塵現(xiàn)象，觀察了巡視器不同的行駛速度產(chǎn)生不同程度的揚(yáng)塵現(xiàn)象，并測(cè)試揚(yáng)塵高度。該試驗(yàn)方法對(duì)巡視器運(yùn)行環(huán)境的效應(yīng)分析具有參考價(jià)值，同時(shí)對(duì)巡視器車輪及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)具有借鑒意義，確保巡視器探月任務(wù)的順利完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種模擬月塵揚(yáng)塵的試驗(yàn)方法，該方法是一種考慮了月球真空環(huán)境，以巡視器車輪揚(yáng)塵為例的月塵揚(yáng)塵試驗(yàn)方法，該方法在航天器進(jìn)行月面探測(cè)過程中的可靠性研究有著非常廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]一種模擬月塵揚(yáng)塵的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0006]I)構(gòu)建試驗(yàn)系統(tǒng)
[0007]該月塵揚(yáng)塵試驗(yàn)系統(tǒng)包括真空容器、旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)、轉(zhuǎn)軸組件、車輪、模擬月塵，旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)的內(nèi)部鋪設(shè)有高度大于IOcm以上的模擬月塵，轉(zhuǎn)軸組件由轉(zhuǎn)軸和與其呈十字轉(zhuǎn)動(dòng)連接的車輪輪軸組成并通過轉(zhuǎn)軸固定連接在旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)的底部，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接在車輪輪軸上并能繞其旋轉(zhuǎn)，同時(shí)能與車輪輪軸一起圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，在試驗(yàn)過程中旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，車輪與模擬月塵緊密接觸并且試驗(yàn)在真空容器內(nèi)進(jìn)行；
[0008]2)試驗(yàn)準(zhǔn)備步驟
[0009]a)將標(biāo)尺沿車輪的切面方向垂直設(shè)置，與車輪切面相距10cm-30cm處，將粒子圖像測(cè)速儀設(shè)置在真空容器外并通過真空容器上的觀察窗拍攝標(biāo)尺刻度的圖像；
[0011]b)移除標(biāo)尺，以免在后續(xù)試驗(yàn)中產(chǎn)生揚(yáng)塵干擾；
[0012]3)揚(yáng)塵試驗(yàn)步驟
[0013]a)設(shè)定真空容器的真空度在10_3Pa以上；
[0014]b)調(diào)節(jié)車輪轉(zhuǎn)速為0.lm/s，待車輪繞車輪輪軸原地旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)后通過粒子圖像測(cè)速儀(PIV)的顯示器窗口監(jiān)控車輪揚(yáng)塵情況；
[0015]c)以0.lm/s的轉(zhuǎn)速間隔增加車輪轉(zhuǎn)速，直到模擬月塵在某一車輪轉(zhuǎn)速下臨界起塵，此時(shí)粒子圖像測(cè)速儀(PIV)采集粒子揚(yáng)塵高度圖像數(shù)據(jù)；
[0016]d)車輪臨界起塵后，以0.lm/s的轉(zhuǎn)速間隔增加車輪轉(zhuǎn)速并按照步驟c)操作，直到車輪轉(zhuǎn)速達(dá)到3m/s為止；
[0017]e)將臨界起塵后采集的粒子揚(yáng)塵高度圖像數(shù)據(jù)與試驗(yàn)準(zhǔn)備步驟a)中粒子圖像測(cè)速儀拍攝的標(biāo)尺刻度圖像相比對(duì)，確定每次試驗(yàn)中月塵的揚(yáng)塵高度。
優(yōu)選地，上述試驗(yàn)真空度在10_5Pa以上。
該方法首次實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下模擬由車輪旋轉(zhuǎn)引起月塵揚(yáng)塵現(xiàn)象，并能通過粒子圖像測(cè)速儀測(cè)量和采集到揚(yáng)塵高度的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定月塵揚(yáng)塵高度?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的模擬月塵的揚(yáng)塵試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，I為真空容器，2為旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)，3為轉(zhuǎn)軸組件，4為車輪，5為模擬月塵。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列【具體實(shí)施方式】只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。
[0020]首先，要構(gòu)建本發(fā)明的模擬月塵的揚(yáng)塵試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示，本發(fā)明的月塵揚(yáng)塵試驗(yàn)系統(tǒng)，包括真空容器1、旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)2、轉(zhuǎn)軸組件3、車輪4、模擬月塵5，旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)2的內(nèi)部鋪設(shè)有高度大于IOcm以上的模擬月塵5，轉(zhuǎn)軸組件3由轉(zhuǎn)軸和與其呈十字轉(zhuǎn)動(dòng)連接的車輪輪軸組成并通過轉(zhuǎn)軸固定連接在旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)的底部，車輪4轉(zhuǎn)動(dòng)連接在車輪輪軸上并能繞其旋轉(zhuǎn)，同時(shí)能與車輪輪軸一起圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，在試驗(yàn)過程中旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)2與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，車輪與模擬月塵5緊密接觸并且試驗(yàn)在真空容器內(nèi)進(jìn)行；
[0021]由于月塵揚(yáng)塵試驗(yàn)在真空容器I內(nèi)進(jìn)行，真空容器I的真空度的調(diào)控范圍介于10_3-10-5Pa之間。粒子圖像測(cè)速儀用于測(cè)試揚(yáng)塵顆粒瞬時(shí)揚(yáng)塵高度。旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)放置模擬月塵，可實(shí)現(xiàn)水平面內(nèi)正反方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為O-1r / s可調(diào)。巡視器車輪可實(shí)現(xiàn)以自身轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)，也可圍繞旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)中心轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
I)試驗(yàn)準(zhǔn)備步驟
[0022]a)旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)布設(shè)模擬月塵，布?jí)m高度為13cm，使巡視器車輪與模擬月塵緊密接觸；
[0023]b)將標(biāo)尺布置于車輪切面前IOcm處，通過粒子圖像測(cè)速儀拍攝標(biāo)尺刻度圖像；
[0024]c)移除標(biāo)尺，以免在后續(xù)試驗(yàn)中產(chǎn)生揚(yáng)塵干擾。
[0025]2)揚(yáng)塵試驗(yàn)步驟
[0026]a)調(diào)節(jié)真空容器真空度為5 X 10_5Pa ；
[0027]b)調(diào)節(jié)車輪轉(zhuǎn)速為0.lm/s，待車輪旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)后通過粒子圖像測(cè)速儀(PIV)顯示器窗口觀察車輪揚(yáng)塵情況；
[0028]c)調(diào)整車輪轉(zhuǎn)速為0.lm/s,0.2m/s，0.3m/s并依次增加，直到月塵在某一速度下臨界起塵，此時(shí)將粒子圖像測(cè)速儀(PIV)相機(jī)參數(shù)調(diào)整為sequence (序列)模式，并設(shè)置采集對(duì)數(shù)為10，此過程可采集車輪在某一轉(zhuǎn)速下的20組試驗(yàn)數(shù)據(jù)；
[0029]d)車輪臨界起塵后，以每秒鐘依次增加0.1m的速度按照步驟c操作，直到車輪轉(zhuǎn)速達(dá)到3m/s為止；
[0030]e)將每次試驗(yàn)采集的20組試驗(yàn)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)準(zhǔn)備步驟b)中粒子圖像測(cè)速儀拍攝標(biāo)尺刻度圖像相比對(duì)，確定本次試驗(yàn)中月塵最高揚(yáng)塵高度。
[0031]盡管上文對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】給予了詳細(xì)描述和說明，但是應(yīng)該指明的是，我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬月塵揚(yáng)塵的試驗(yàn)方法，包括以下步驟: 1)構(gòu)建模擬月塵的揚(yáng)塵試驗(yàn)系統(tǒng) 所述模擬月塵的揚(yáng)塵試驗(yàn)系統(tǒng)包括真空容器、旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)、轉(zhuǎn)軸組件、車輪、模擬月塵，旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)的內(nèi)部鋪設(shè)有高度大于IOcm以上的模擬月塵，轉(zhuǎn)軸組件由轉(zhuǎn)軸和與其呈十字轉(zhuǎn)動(dòng)連接的車輪輪軸組成并通過轉(zhuǎn)軸固定連接在旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)的底部，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接在車輪輪軸上并能繞其旋轉(zhuǎn)，同時(shí)能與車輪輪軸一起圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，在試驗(yàn)過程中旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，車輪與模擬月塵緊密接觸并且試驗(yàn)在真空容器內(nèi)進(jìn)行； 2)試驗(yàn)準(zhǔn)備步驟 a)將標(biāo)尺沿車輪的切面方向垂直設(shè)置，與車輪切面相距IOcnHBOcm處，將粒子圖像測(cè)速儀設(shè)置在真空容器外并通過真空容器上的觀察窗拍攝標(biāo)尺刻度的圖像； b)移除標(biāo)尺，以免在后續(xù)試驗(yàn)中產(chǎn)生揚(yáng)塵干擾； 3)揚(yáng)塵試驗(yàn)步驟 a)設(shè)定真空容器的真空度在10_3Pa以上； b)調(diào)節(jié)車輪轉(zhuǎn)速為0.lm/s，待車輪繞車輪輪軸原地旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)后通過粒子圖像測(cè)速儀(PIV)的顯示器窗口監(jiān)控車輪揚(yáng)塵情況； c)以0.lm/s的轉(zhuǎn)速間隔增加車輪轉(zhuǎn)速，直到模擬月塵在某一車輪轉(zhuǎn)速下臨界起塵，此時(shí)粒子圖像測(cè)速儀(PIV)采集粒子揚(yáng)塵高度圖像數(shù)據(jù)； d)車輪臨界起塵后，以0.lm/s的轉(zhuǎn)速間隔增加車輪轉(zhuǎn)速并按照步驟c)操作，直到車輪轉(zhuǎn)速達(dá)到3m/s為止； e)將臨界起塵后采集的粒子揚(yáng)塵高度圖像數(shù)據(jù)與試驗(yàn)準(zhǔn)備步驟a)中粒子圖像測(cè)速儀拍攝的標(biāo)尺刻度圖像相比對(duì)，確定每次試驗(yàn)中月塵的揚(yáng)塵高度。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬月塵揚(yáng)塵的試驗(yàn)方法，其中，所述真空度在10_5Pa以上。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK103673992SQ201310549402
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】李蔓, 田東波, 白羽, 王志浩, 李宇, 于強(qiáng), 鄭會(huì)奇 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所