CN103673992A - 模拟月尘的扬尘试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟月尘扬尘的试验方法，包括使车轮转动连接在车轮轮轴上并能绕其旋转，同时与车轮轮轴一起围绕转轴旋转，在试验过程中旋转试验台与转轴同步旋转，车轮与模拟月尘紧密接触并且试验在真空容器内进行；通过利用标尺和粒子图像测速仪测量和采集扬尘高度图像数据最终确定出得到每次试验的扬尘高度。该试验进行时，当车轮旋转达到一定转速后在车轮旋转后方会产生月尘扬尘现象，随着车轮转速增加，月尘扬尘现象越激烈。该方法首次实现真空环境下模拟由车轮旋转引起月尘扬尘现象，并能通过粒子图像测速仪测量和采集到扬尘高度的图像数据。

Description

模拟月尘的扬尘试验方法
技术领域
本发明涉及空间环境效应模拟试验方法技术领域，具体来说，本发明涉及一种模拟月尘的试验方法。 
背景技术
目前，所有到达过月球表面的宇航员都可发现，月尘对航天器系统的可靠性造成了极大威胁。例如，在探测器着陆、巡视器行驶、宇航员行走过程中均会产生月尘扬尘现象，扬起的月尘对航天器表面的热控材料、光学相机、光学敏感器等部件的正常工作造成非常不利的影响，甚至会影响太阳电池阵的工作效率。因此，月尘扬尘模拟试验在航天器可靠性研究中至关重要，但由于地面上真实月尘材料十分珍贵，试验需要采用模拟月尘的方式代替真实月尘进行。 
基于此，本发明提出了一种模拟月尘的扬尘试验方法，主要用于模拟真空环境下由巡视器行驶车轮转动产生的扬尘现象，观察了巡视器不同的行驶速度产生不同程度的扬尘现象，并测试扬尘高度。该试验方法对巡视器运行环境的效应分析具有参考价值，同时对巡视器车轮及关键部件的设计具有借鉴意义，确保巡视器探月任务的顺利完成。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟月尘扬尘的试验方法，该方法是一种考虑了月球真空环境，以巡视器车轮扬尘为例的月尘扬尘试验方法，该方法在航天器 进行月面探测过程中的可靠性研究有着非常广泛的应用前景。 
一种模拟月尘扬尘的试验方法，包括以下步骤： 
1)构建试验系统 
该月尘扬尘试验系统包括真空容器、旋转试验台、转轴组件、车轮、模拟月尘，旋转试验台的内部铺设有高度大于10cm以上的模拟月尘，转轴组件由转轴和与其呈十字转动连接的车轮轮轴组成并通过转轴固定连接在旋转试验台的底部，车轮转动连接在车轮轮轴上并能绕其旋转，同时能与车轮轮轴一起围绕转轴旋转，在试验过程中旋转试验台与转轴同步旋转，车轮与模拟月尘紧密接触并且试验在真空容器内进行； 
2)试验准备步骤 
a)将标尺沿车轮的切面方向垂直设置，与车轮切面相距10cm-30cm处，将粒子图像测速仪设置在真空容器外并通过真空容器上的观察窗拍摄标尺刻度的图像； 
b)移除标尺，以免在后续试验中产生扬尘干扰； 
3)扬尘试验步骤 
a）设定真空容器的真空度在10-3Pa以上； 
b)调节车轮转速为0.1m/s，待车轮绕车轮轮轴原地旋转平稳后通过粒子图像测速仪(PIV)的显示器窗口监控车轮扬尘情况； 
c)以0.1m/s的转速间隔增加车轮转速，直到模拟月尘在某一车轮转速下临界起尘，此时粒子图像测速仪(PIV)采集粒子扬尘高度图像数据； 
d)车轮临界起尘后，以0.1m/s的转速间隔增加车轮转速并按照步骤c）操作，直到车轮转速达到3m/s为止； 
e)将临界起尘后采集的粒子扬尘高度图像数据与试验准备步骤a）中粒子图像测速仪拍摄的标尺刻度图像相比对，确定每次试验中月尘的扬尘高度。 
优选地，上述试验真空度在10-5Pa以上。 
该方法首次实现真空环境下模拟由车轮旋转引起月尘扬尘现象，并能通过粒子图像测速仪测量和采集到扬尘高度的图像数据，进而确定月尘扬尘高度。附图说明 
图1为本发明的模拟月尘的扬尘试验系统的结构示意图。 
其中，1为真空容器，2为旋转试验台，3为转轴组件，4为车轮，5为模拟月尘。 
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。 
首先，要构建本发明的模拟月尘的扬尘试验系统，如图1所示，本发明的月尘扬尘试验系统，包括真空容器1、旋转试验台2、转轴组件3、车轮4、模拟月尘5，旋转试验台2的内部铺设有高度大于10cm以上的模拟月尘5，转轴组件3由转轴和与其呈十字转动连接的车轮轮轴组成并通过转轴固定连接在旋转试验台的底部，车轮4转动连接在车轮轮轴上并能绕其旋转，同时能与车轮轮轴一起围绕转轴旋转，在试验过程中旋转试验台2与转轴同步旋转，车轮与模拟月尘5紧密接触并且试验在真空容器内进行； 
由于月尘扬尘试验在真空容器1内进行，真空容器1的真空度的调控范围介于10-3-10-5Pa之间。粒子图像测速仪用于测试扬尘颗粒瞬时扬尘高度。旋转试 验台内放置模拟月尘，可实现水平面内正反方向旋转，转速为0-1r／s可调。巡视器车轮可实现以自身转轴为中心旋转，也可围绕旋转试验台中心转轴旋转。 
1)试验准备步骤 
a)旋转试验台内布设模拟月尘，布尘高度为13cm，使巡视器车轮与模拟月尘紧密接触； 
b)将标尺布置于车轮切面前10cm处，通过粒子图像测速仪拍摄标尺刻度图像； 
c)移除标尺，以免在后续试验中产生扬尘干扰。 
2)扬尘试验步骤 
a）调节真空容器真空度为5×10-5Pa； 
b)调节车轮转速为0.1m/s，待车轮旋转平稳后通过粒子图像测速仪(PIV)显示器窗口观察车轮扬尘情况； 
c)调整车轮转速为0.1m/s，0.2m/s，0.3m/s并依次增加，直到月尘在某一速度下临界起尘，此时将粒子图像测速仪(PIV)相机参数调整为sequence（序列）模式，并设置采集对数为10，此过程可采集车轮在某一转速下的20组试验数据； 
d)车轮临界起尘后，以每秒钟依次增加0.1m的速度按照步骤c操作，直到车轮转速达到3m/s为止； 
e)将每次试验采集的20组试验数据与试验准备步骤b）中粒子图像测速仪拍摄标尺刻度图像相比对，确定本次试验中月尘最高扬尘高度。 
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其 所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种模拟月尘扬尘的试验方法，包括以下步骤：
1)构建模拟月尘的扬尘试验系统
所述模拟月尘的扬尘试验系统包括真空容器、旋转试验台、转轴组件、车轮、模拟月尘，旋转试验台的内部铺设有高度大于10cm以上的模拟月尘，转轴组件由转轴和与其呈十字转动连接的车轮轮轴组成并通过转轴固定连接在旋转试验台的底部，车轮转动连接在车轮轮轴上并能绕其旋转，同时能与车轮轮轴一起围绕转轴旋转，在试验过程中旋转试验台与转轴同步旋转，车轮与模拟月尘紧密接触并且试验在真空容器内进行；
2)试验准备步骤
a)将标尺沿车轮的切面方向垂直设置，与车轮切面相距10cm-30cm处，将粒子图像测速仪设置在真空容器外并通过真空容器上的观察窗拍摄标尺刻度的图像；
b)移除标尺，以免在后续试验中产生扬尘干扰；
3)扬尘试验步骤
a）设定真空容器的真空度在10-3Pa以上；
b)调节车轮转速为0.1m/s，待车轮绕车轮轮轴原地旋转平稳后通过粒子图像测速仪(PIV)的显示器窗口监控车轮扬尘情况；
c)以0.1m/s的转速间隔增加车轮转速，直到模拟月尘在某一车轮转速下临界起尘，此时粒子图像测速仪(PIV)采集粒子扬尘高度图像数据；
d)车轮临界起尘后，以0.1m/s的转速间隔增加车轮转速并按照步骤c）操作，直到车轮转速达到3m/s为止；
e)将临界起尘后采集的粒子扬尘高度图像数据与试验准备步骤a）中粒子图像测速仪拍摄的标尺刻度图像相比对，确定每次试验中月尘的扬尘高度。
2.如权利要求1所述的模拟月尘扬尘的试验方法，其中，所述真空度在10-5Pa以上。
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