着陆作用下月尘激扬的三维离散元分析

基于模拟月尘的细观颗粒形状,采用刚性圆球单元重叠法建立了4种典型不规则模拟月尘颗粒的三维几何模型.根据月尘所处环境和颗粒间接触特性,建立了月尘离散元接触力学模型.通过三轴压缩实验离散元模拟的结果和模拟月尘的实际三轴压缩实验数据的对比,确定模拟月尘颗粒的三维离散元模型参数.采用建立的模型和获得的参数,进行了圆盘模拟体着陆...     

模拟月尘制备及其物理和力学性质研究

在地球上进行的大量与月尘力学性质和机械性质相关的试验研究中,通常采用模拟月尘代替真实月尘。本研究制备了一种适用于月球探测工程试验的模拟月尘,制备工序依次为原材料选取、颗粒粗加工、颗粒精加工、颗粒级配、颗粒混合及预处理。该模拟月尘的颗粒粒径分布、颗粒相对密度、干密度、孔隙比、内聚力和内摩擦角等物理和力学性能参数经分析与国外典型模拟月尘相关参数相近,证明其可应用于月球探测工程试验。     

月尘对太阳电池的遮挡效应研究

月尘的沉积对月面探测器太阳电池系统是一种严重的威胁。为了对月尘沉积所引起的太阳电池性能衰减进行预估,文章建立了一种月尘遮挡模型,可用于月尘遮挡效应的研究,并可作为月球探测器防尘设计的参考工具。     

固冲发动机沉积数值模拟与试验研究

分析了液滴撞壁模型的发展概况,基于Mundo模型,分析了粘附、反弹、飞溅3种状态的固冲发动机沉积模型,并对发动机内沉积问题进行了数值模拟与试验研究.结果表明,发动机内沉积主要集中在补燃室头部、进气道下游、冲压喷管收敛段;颗粒粒径分布对沉积位置影响很大;由试验压强-时间曲线换算得到的冲压喷管喉部沉积速率与数值模拟结果基本相符.     

光伏玻璃表面微织构柱体抗颗粒冲击性能研究

为分析光伏电池玻璃表面微织构形状和颗粒碰撞方式对表面微织构损伤的影响，建立模拟月尘颗粒碰撞表面微织构仿真模型，结合实验验证，探究表面微织构损伤情况。结果表明:30 μm直径的模拟月尘颗粒以5 m/s的速度撞击表面微织构时，损伤形式主要包括边缘破损、劈裂破损和断裂，损伤面积与表面微织构整体相比较小，损伤深度在0.06～0.29 μm之间，仅为表面微织构柱体高度的1%～4.8%；中心正碰时，四棱台表面微织构的抗冲击性最好，圆台表面微织构次之，六棱台表面微织构最差；颗粒以4种碰撞方式撞击圆台表面微织构时，损伤程度从大到小依次为边缘碰撞、45°边缘碰撞、中心正碰、45°中心碰撞。研究结果可为玻璃表面微织构的工艺改性提供参考。     

滤饼生长模拟及其分形特性

基于受限扩散凝聚模型(DLA),建立纤维过滤介质表面二维滤饼的生长模型。模拟中考虑了颗粒粒径分布对滤饼孔隙结构的影响。模拟结果表明,多分散颗粒形成滤饼的孔隙率小于单分散颗粒滤饼的孔隙率;由多分散颗粒形成滤饼的无因次厚度与无因次沉积颗粒数的关系仍满足线性,且σ越大滤饼的厚度随沉积颗粒数增加越快。应用分形理论对滤饼的形态结构作定量分析。结果指出,二维滤饼的分形维数与Pe数呈递增关系,纯扩散条件下形成滤饼的分形维数D=1.8400.024,纯惯性条件下形成滤饼的分形维数D=1.9950.005。     

粉尘颗粒在纤维介质表面沉积形成滤饼的计算机模拟

基于DLA模型,建立粉尘颗粒在纤维介质表面沉积形成滤饼的模拟模型.模拟中考虑了颗粒运动方式对滤饼孔隙率的影响.模拟结果表明,滤饼的形态结构与Pe数密切相关,Pe数越小,滤饼结构越松散、沉积颗粒的空间分布越不均匀.颗粒作惯性运动形成滤饼的孔隙率为0.720±0.024,不同Pe数下,滤饼厚度与沉积颗粒数均呈线性关系.     

测压管内颗粒沉积的数值模拟和试验研究

凝相颗粒在固体发动机测压管内的沉积有可能造成测压管堵塞,影响对导弹的控制, 因此开展测压管内颗粒沉积研究具有重要的意义。本文将凝相颗粒当作具有一定粘性的无相 变颗粒来处理,基于Eulerian\| Lagrangian 方法建立了描述颗粒与壁面相互作用的两相 流 数值模型,对测压管内凝相颗粒的沉积过程进行了数值模拟。计算表明沉积主要发生在离测 压管入口较近的有限长度内,沉积厚度从入口向内逐渐减小。为了验证数值模拟,本文还开 展了测压管内颗粒沉积的模拟实验。实验较好地模拟了真实发动机的内弹道曲线以及沉积现 象,实验测得的沉积量和沉积长度与计算结果较为吻合,验证了计算模型的合理性。本文的 研究结果可以为测压管内沉积的预示以及抑制方法研究提供方法。     

计算模拟月壤颗粒吸收及散射特性的一种球叠加模型

针对模拟月壤复杂的外形特征以及多相非均质的微观结构,提出了一种计算模拟月壤颗粒吸收及散射特性的球叠加模型。根据模拟月壤颗粒的形状指数和分形特征识别结果,归纳了4种主要的模拟月壤颗粒类型,并采用蒙特卡罗光线跟踪法研究了这4种颗粒在单色平行光照射下的吸收及散射特性。与已有的非球形颗粒辐射特性的算法比较显示,该模型具有良好的计算准确性。在数值计算的基础上,分析了颗粒尺度参数及光学常数对其自身辐射特性的影响,并通过改变平行光照下的光线入射角度,分析了非球形颗粒的朝向对其自身辐射特性的影响。由计算结果推断,该模型不仅可以应用于计算模拟月壤颗粒的辐射特性,还可以满足其他适用于几何光学近似的非球形粒子。     

粉末燃料冲压发动机燃烧室两相流数值模拟

采用颗粒轨道模型对镁粉燃料冲压发动机的两相流场进行了三维数值模拟,目的是为进一步的实验研究提供指导和参考。结合理论性能分析,提出了一种发动机构型,通过数值模拟分析了颗粒粒径、产物相态等因素对该发动机燃烧效率的影响。结果表明,粉末燃料的粒径较小时点火延迟时间短,颗粒在发动机中的滞留时间长,燃料燃烧效率较高。     

月球资源原位利用进展及展望

利用丰富的月球资源制造产品和开展各项服务对人类月球探测任务至关重要。文章对NASA月球资源原位利用项目的目标、技术路线、技术成熟度和制氧技术进行了综述,并针对适用于我国的月球资源原位利用项目提出建设性意见。     

月尘累积对太阳电池阵电帘除尘效率影响的实验研究

月尘在月球探测器太阳电池阵表面的累积将会导致其输出功率下降甚至功能失效。近年来,电帘除尘方法被认为是月尘清除防护的有效手段。文章实验研究了月尘累积对三结砷化镓太阳电池性能影响,拟合得到了月尘累积质量与太阳电池相对输出功率的数学模型;利用电帘除尘装置,研究了不同月尘累积质量下电帘的除尘效率。研究结果表明,6 mg/cm2月尘累积质量是太阳电池阵电帘除尘装置启动的最佳工作条件。该研究成果可为开发具有自适应除尘能力的太阳电池阵提供技术支持。     

应用计算几何的月面太阳辐照度仿真模型

月面太阳辐照度对月面环境分析、月面巡视器设计具有重要意义。文章提出了一种应用计算几何的月面任意位置太阳辐照度仿真模型。首先,计算太阳、地球等天体相对月面点的位置;然后,将各天体投影至以月面点为球心的天球球面,并通过裁剪运算和二维布尔运算得到太阳未被遮挡的形状;最后,利用太阳可见面积对理想太阳辐照度模型进行修正,得到通用的模型。为验证提出模型的有效性,将仿真结果与STK软件进行比较。结果表明,文章中的模型综合考虑了地球、月面等多种因素对太阳辐射的耦合影响,其与STK软件获得的结果相比,更符合真实的太阳光照状态。     

“嫦娥三号”探测器月尘环境分析及试验要求

"嫦娥三号"是我国首个成功实施地外天体表面就位探测的航天器,在其研制过程中充分考虑了月面环境对探测器的影响,开展了针对性设计及地面验证工作。文章综述了探测器针对月尘环境方面的设计因素,总结了月面月尘激扬的因素及其相关数值分析工作,对月尘验证试验的设计及条件制定进行了说明。相关结果或工作思路可为后续月面探测器及火星表面探测器的研制提供参考。     

驻波电帘除尘效率的实验研究

月尘将对在月球表面进行巡视探测的设备产生严重不利影响。文章分析了利用驻波电帘对探测器的太阳电池板进行尘埃清除和防护,给出了电帘表面的电场分布,颗粒在电帘表面的受力状态和起跳、跃移过程,通过实验测量给出了电帘结构各参数对除尘效率的影响,制备了自清洁演示系统,对电帘的能耗进行了测定;表明驻波电帘是月表探测任务中尘埃防护的有效方法。     

月面和近月空间环境及其影响

月球探测器所经历的月面和近月空间环境主要包括：月面低重力、月面温度、近月空间辐射、月壤、月尘、月面地形地貌、月面静电等。文章在对月面和近月空间环境研究的基础上,结合国外月球探测器在月球环境方面的研究成果,分析了我国月球探测器所经历的月面和近月空间环境特点及其影响效应,并提出相应的改进措施或必要的试验验证,可为月球探测器的研制提供参考。     

Dose estimates in a lunar shelter with regolith shielding

Beyond the Earth's atmosphere, galactic cosmic radiation (GCR) and solar energetic particles (SEPs) are a significant hazard to both manned and robotic missions. For long human missions on the lunar surface (months to a year) a radiation shelter is needed for dose mitigation and emergency protection in case of solar events. This paper investigates the interaction of source protons of solar events like those of February 1956 that emitted many fewer particles with energies up to 1000 MeV and of the October 1989 event of lower protons energy but higher fluence, with the lunar regolith and aluminum shielding of a lunar shelter. The shelter is 5 m in diameter and has a footprint of 5×8 m and a 10 cm thick aluminum support structure, however, actual thickness could be much smaller (～1–2 cm) depending on the weight of the regolith shielding piled on top. The regolith is shown to be slightly more effective than aluminum. Thus, the current results are still applicable for a thinner aluminum structure and increased equivalent (or same mass) thickness of the regolith. The shielding thicknesses to reduce the dose solely due to solar protons in the lunar shelter below those recommended by NASA to astronauts for 30 day-operation in space (250 mSv) and for radiation workers (50 mSv) are determined and compared. The relative attenuation of incident solar protons with regolith shielding and the dose estimates inside the shelter are calculated for center seeking, planar, and isotropic incidence of the source protons. With the center seeking incidence, the dose estimates are the highest, followed by those with isotropic incidence, and the lowest are those with the planar incidence.     

基于纹理特征的地貌的统计贝叶斯划分方法研究

通过研究“嫦娥一号”拍摄的月球影像灰度图纹理特征,对月貌进行划分,提出一种利用月球纹理特征结合月球影像的灰度值,采用贝叶斯分类法来进行月球地貌的分类。月球影像的纹理特征是由灰度共生矩阵计算出来的13种纹理特征量来刻画的。具体方法是：首先,选择能将不同月球地貌区分开的最佳纹理特征及提取这些最佳纹理特征所采用的相应最优窗口尺寸;其次,对这些提取出的纹理特征进行主成分分析,去除相关性,再运用贝叶斯分类法进行月貌分类。实验表明,该方法能很好地提取出月球表面的纹理特征,并能成功地对月球地貌单元进行自动识别和分类。最后制作完成的月球地貌分区图能为月球的进一步研究提供参考,为更好地探索月球提供详细的资料。