Design and experimental performance verification of a thermal property test-bed for lunar drilling exploration

Chinese Chang'e lunar exploration project aims to collect and return subsurface lunar soil samples at a minimum penetration depth of 2 m in 2017. However, in contrast to those on the Earth, automated drilling and sampling missions on the Moon raise the risk of burning bits.Test-beds are required for testing the thermal properties of drill tools in a lunar environment. In this paper, a novel temperature measuring method based on thermocouples and a slip ring was proposed. Furthermore, a data acquisition system for a drilling process was designed. A vacuous,cryogenic, and anhydrous soil environment simulating the lunar surface was established. A drilling test-bed that can reach a depth of 2.2 m was developed. A control strategy based on online monitoring signals was proposed to improve the drilling performance. Vacuum and non-vacuum experiments were performed to test the temperature rising effect on drill tools. When compared with the non-vacuum experiment, the vacuum temperature rise resulted in a 12 °C increase. These experimental results provide significant support for Chinese lunar exploration missions.     

Thermal drill sampling system onboard high-velocity impactors for exploring the subsurface of Europa

The planned Europa Jupiter System Mission (EJSM) will provide a unique opportunity to place scientific instruments onto the surface of Jupiter’s moon Europa in the late 2020s. After the Galileo mission, this will be a long awaited chance to have a close glimpse into some of the mysteries of this moon. Care must be taken in the choice of in-situ science that will be undertaken on the surface.     

声发射监测钻头折断的实验研究

 金属切削过程中会发出声讯号。用声发射技术监测刀具破损是一个很有潜力的新方法。本文研究了声发射技术在钻头折断在线监测中的应用。实验结果表明,所设计的实验监测系统能可靠地监测钻头的折断,并可提前预报直径大于1.5mm钻头的折断。     

CNC六轴钻头刃磨机运动控制问题的分析与试验研究

 由微机控制的新型钻头刃磨机具有六根受计算机控制的运动轴。根据给定的钻头几何参数,利用微机计算出相应的刃磨参数,通过控制软件设计,可以刃磨多种钻型且具有较高的几何精度和重复精度,经刃磨试验表明该机床可以广泛用于制造领域内的钻头刃磨。     

麻花钻钻削碳纤维复合材料/铝合金叠层材料的轴向力研究

工艺参数和刀具参数对碳纤维复合材料/铝合金叠层材料的钻削轴向力及制孔质量具有重要的影响.使用普通硬质合金麻花钻对该叠层材料进行钻削试验,分析主轴转速、进给量、麻花钻顶角和螺旋角对钻削轴向力的影响规律,并对试验结果进行回归分析和方差分析,得到了关于工艺参数和刀具参数的初步优化结论.     

轴对称多曲面融合结构金属谐振子模型建立方法

金属壳固体波动陀螺是基于固体波的进动效应进行角速度检测的一种全新 轴对称壳振动陀螺,具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点,可广泛应 用于中低精度角速度测量领域。为分析轴对称多曲面融合结构金属谐振子中固体波的进 动效应,在双曲率坐标系下,基于薄壳理论,建立了理想条件下轴对称多曲面融合结构 金属谐振子中固体波进动的动力学模型。针对动力学模型过于复杂、难于分析的缺陷, 提出了利用弹性力学中的能量原理,建立轴对称多曲面融合结构金属谐振子等效模型的 方法,为金属壳固体波动陀螺的信号检测方法和控制回路设计奠定了理论依据。     

双锋角钻头钻削碳纤维增强树脂基复合材料研究

采用双锋角钻头和普通麻花钻对T700碳纤维复合材料(CFRP)进行钻削试验,从钻削轴向力、制孔出口质量和表面粗糙度等方面分析双锋角钻头在不同加工参数下制孔特点,并与普通麻花钻进行对比。试验结果表明:与普通麻花钻对比,双锋角钻头钻削CFRP时钻削轴向力减小约20%,制孔出口质量更好,孔壁的表面粗糙度值减小,体现优异的切削性能更适合CFRP的制孔加工。     

月壤剖面锥型螺旋刃成孔钻头设计

针对月壤剖面钻进成孔探测需求,提出一种锥型螺旋刃成孔钻头,建立其钻进排屑性能的理论模型,并以此开展钻头结构参数的优化设计。在此基础上,分析螺旋刃切削姿态及其切削参数,基于直线刃平面切削理论建立锥型螺旋刃成孔钻头钻进切削负载预估模型,开展锥型螺旋刃成孔钻头模拟月壤剖面钻进负载特性试验验证。研究结果表明,相比于直线刃钻头,锥型螺旋刃成孔钻头的钻进排屑性能更优,而且钻进切削负载模型与试验结果具有较好的吻合度。研究成果对我国拟实施的月面钻取采样工程具有重要的借鉴价值。     

基于粗糙集理论的振动信号数据挖掘研究

利用转子试验台,采集了转子不对中、支座松动和转子碰磨等三种振动信号。以采集到的部分振动信号为例,在时域上进行小波变换的能量特征提取。并以能量为特征参数,利用粗糙集理论对采集到的信号进行数据挖掘和获取故障规则。在获取的规则基础上,对余下的振动信号进行了验证,结果表明诊断全部正确,规则是有意义的。     

大型机翼整体壁板时效成形技术

 分析了单级时效、双/多级时效、振动时效以及应力位向效应等工艺措施和因素对铝合金机翼整体壁板材料时效成形特性的影响,得到以下结论：应采用双/多级时效处理,以提高成形后壁板材料的综合性能;应采用振动时效应力松弛,以加速应力松弛,降低回弹,并提高成形后壁板材料的抗疲劳性能;对时效过程中存在应力位向效应的铝合金,应设计合适的时间温度曲线与加载曲线,以避免壁板材料因应力位向效应产生各向异性,导致材料屈服强度降低。提出了大型机翼整体壁板时效成形的工艺流程,给出了成形过程中热压罐内的温度时间曲线和气压时间曲线;提出了成形工装的模块化、标准化与柔性化设计以及解决壁板时效成形回弹问题的有限元方法,并对中国研究发展大型机翼整体壁板时效成形技术提出了建议。