文档介绍：硕士学位论文
月壤钻探取心钻进规程研究
RESEARCH OF DRILLING & CORING
STRATEGY FOR LUNAR REGOLITH
(学术型)
李晟诚
哈尔滨工业大学
2013 年 7 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号:621 密级:公开
工学硕士学位论文
月壤钻探取心钻进规程研究
硕士研究生: 李晟诚
导师: 邓宗全教授
申请学位: 工学硕士
学科: 机械设计及理论
所在单位: 机电工程学院
答辩日期: 2013 年 7 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
: 621
Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH OF DRILLING & CORING
STRATEGY FOR LUNAR REGOLITH
Candidate: Shengcheng Li
Supervisor: Prof. Zongquan Deng
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Mechanical Design and Theory
Affiliation: School of Mechatronics Engineering
Date of Defence: July, 2013
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
我国月面采样任务的目标是实现月壤样品的获取与返回地球,月壤钻探取
心过程的可靠性和合理性对钻进规程有严格要求。面向月壤钻探取心任务中被
钻对象的随机性和不确定性,以钻进过程的高效性和可靠性为目标,本文提出
了一种基于可钻性等级辨识的钻进规程。在建立钻具与月壤相互作用力学模型
的基础上,获得月壤的合理钻进规程参数。采用模式识别方法,开展基于钻进
特征的典型模拟月壤样本辨识研究,引入可钻性概念并划分典型模拟月壤样本
的可钻性等级,实现基于可钻性等级辨识的钻进规程规划。
基于土力学和岩石切削相关理论,在充分考虑月壤失效、破坏形式与钻具
工作模式、钻具构型参数的基础上,以钻进规程参数为变量,建立了钻具与月
壤、月岩间相互作用力学模型。针对不同钻进规程参数下的月壤钻进过程进行
分析和预测,利用最小能量散耗原理,引入功率、钻压力、取心率等相关约束
条件,获得了月壤的合理钻进规程参数;基于钻具切削月岩过程和钻具冲击月
岩过程的分析,获得了月岩钻进规程参数的优选方法。
开展了月壤钻探取心钻进特征的辨识研究,通过对钻进过程中状态监测信
号的提取与分析,获得了典型模拟月壤样本钻进过程的辨识特征。构建了基于
支持向量机的辨识模型,实现了不同类型月壤钻进特征的识别。开展了钻进特
征的辨识试验研究,分析了辨识模型结构参数和钻进规程参数对钻进特征辨识
结果的影响,优化了辨识模型,提高了辨识结果的准确性。
参考地质领域可钻性分级方法,将月壤的钻进特性统一采用可钻性描述,
简化了辨识参数。针对典型模拟月壤样本,划分了相应的可钻性等级,开展了
典型模拟月壤样本的可钻性等级辨识研究,将辨识结果与相应可钻性等级月壤
的钻进规程参数实时匹配,获得了基于可钻性等级在线辨识的钻进规程。构建
了多层随机分布的试验样本,验证了在线辨识钻进规程的合理性。
关键词:月壤;钻取采样;钻进规程;在线辨识;可钻性
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Drilling strategy is a key to plish the automated drilling and coring
mission in lunar exploration. Based on the current drilling and coring mission in
lunar exploration of China, this paper aims at the construction of drilling str