Метод выбора проектных параметров реактивных пенетраторов для движения в лунном грунте

• Автор: Садретдинова, Эльнара Рамилевна
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ РЕАКТИВНЫХ ПЕНЕТРАТОРОВ В ЛУННОМ ГРУНТЕ
1.1. Общая характеристика лунного грунта
1.2. Физико-механические свойства земных грунтов-аналогов
1.3. Моделирование процесса взаимодействия лунного реактивного пенетратора с грунтом
1.3.1. Динамика движения пенетратора в грунте
1.3.2. Сила сопротивления грунта
1.3.3. Сила тяги двигательной установки и сила тяжести
1.4. Возможные варианты запуска пенетратора в лунный грунт
Глава 2. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ РЕАКТИВНОГО
ПЕНЕТРАТОРА В ЛУННОМ ГРУНТЕ
2.1. Определение основных зависимостей, связывающих параметры лунного реактивного пенетратора и траектории
2.2. Глубина проникания реактивного пенетратора в лунный грунт
2.3. Определение оптимальных условий запуска реактивного пенетратора в лунный грунт
Глава 3. МЕТОД ВЫБОРА ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛУННЫХ РЕАКТИВНЫХ ПЕНЕТРАТОРОВ
3.1. Анализ требований к характеристикам лунных реактивных пенетраторов и постановка задачи
3.2. Оценка массо-энергетических характеристик двигателя при входе пенетратора в грунт с нулевой скоростью
3.3. Выбор проектных параметров пенетраторов, запускаемых с посадочного аппарата в процессе его спуска на поверхность Луны
3.3.1. Выбор топлива и конструктивной схемы пенетратора
3.3.2. Выбор программы движения пенетратора в лунном грунте
3.3.3. Определение потребного запаса топлива для лунного реактивного
пенетратора
3.4. Определение параметров лунного реактивного пенетратора с помощью
номограмм
Глава 4. СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ
4.1. Особенности экспериментальной отработки
пенетраторов
4.2. Сравнение результатов расчета параметров ЛРП с экспериментальными данными
4.3. Результаты и рекомендации по исследованиям реактивных пенетраторов для внедрения в грунты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Со средины 60-х годов двадцатого столетия после прилунения автоматических аппаратов «Луна-13» и «Сервейор» на поверхность Луны началась эра горных и буровых работ, выполненных на поверхности других планет. После этого появились многочисленные проекты и конструкции буровых установок и устройств по извлечению и отбору горных пород, среди которых лидирующее положение принадлежит буровым станкам советских лунных автоматических станций «Луна-16», «Луна-20» и Луна-24» [1,34,35,98,95].
Американскими астронавтами первые скважины на Луне были пробурены ручными инструментами во время экспедиций «Аполлон-11», «Аполлон-12» и «Аполлон-14». Тогда же были взяты и первые керны диаметром около 0,02 м из подповерхностных грунтов Луны с помощью ручных алюминиевых трубчатых грунтоносов, которые забивались молотком в реголит; при экспериментах были отобраны две пробы грунта с глубины 0,15 м, при этом на эту операцию было потрачено 40 минут времени из 3 часов пребывания на Луне. Усовершенствованная конструкция грунтоносов позволила в последующих экспедициях с меньшими затратами усилий взять две пробы на глубинах 0,35 м и 0,7 м [34,92,94,99,100,101].
На советских автоматических и американских ручных буровых установках, работавших на Луне, успешно испытан шнеко-колонковый способ очистки скважины от выбуренной горной породы в комбинации с колонковым бурением. Это бурение выполнялось обычными твердосплавными коронками традиционными колонковыми трубами и кернорвателями, а забой очищался вращающимся шнековым транспортером, находящимся на внешней поверхности колонковой и бурильной трубы [10, 35].
В принципиальном плане такой способ бурения давно применялся при бурении инженерных скважин в процессе геологических изысканий при этом такие недостатки шнекового бурения как ограничение области применения для вязких и сыпучих пород, низкий КПД шнековой очистки из-за высокого трения о стенки скважины, большой расход энергии при увеличении глубины скважины

Рассмотренные режимы движения можно наблюдать при всех скоростях входа проникающего тела в грунт. Но поскольку скорость звука в разных грунтах разная, то и характер его деформации при заданной скорости движения зависит от этого грунта.
В процессе движения в грунте на пенетратор действуют следующие силы: сила тяги двигательной установки, сила тяжести и сила сопротивления среды.
Определение первых двух сил производится по обычным зависимостям движения реактивных снарядов. Поэтому остановимся на определении силы сопротивления, а для первых двух приведем имеющиеся зависимости.
1.3.2. Сила сопротивления грунта
Сопротивление обусловлено взаимодействием тела и среды, причем кинетическая энергия проникающего пенетратора передается среде, затрачиваясь на энергию деформаций и разрушений среды, на сообщение ему некоторых скоростей, необходимых для того, чтобы частицы среды освобождали путь проникающему телу.
В результате на пенетратор действуют, в основном две силы.
1. Сила сопротивления среды Рх, обусловленная прочностью материала, и не равная нулю при весьма малых скоростях проникания.
2. Сила динамического сопротивления грунта Р2, обусловленная инерцией вытесняемых при движении масс и приближающаяся к нулю, если скорость проникания также приближается к нулю.
Общая сила Р сопротивления среды движущемуся пенетратору может быть представлена в виде двух слагаемых
С = С,+^2. (1.1)
Оба слагаемых в правой части являются некоторыми функциями скорости проникания. Можно принять в первом приближении следующие зависимости.