一種仿生減阻火星車輪的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種仿生減阻火星車輪包括基體,其特征在于:所述基體表面上具有規(guī)則排列的數個凹坑;數個凹坑的幾何投影面積之和與車輪基體表面積之比的范圍在30%?50%之間,凹坑的形狀為:(x,y)∈D,其中D={(x,y)|(x?x0)2+(y?y0)2≤r2},本實用新型通過仿土壤動物體表的防粘脫土功能和體表性質,并應用到探測車車輪上,使探測車車輪具有防粘脫土功能。本實用新型結構簡單,減少車輪阻力,防粘脫土的功能強,行走時能量消耗小,提高整個火星探測車的能量實際,延長時間工作,減少科研成本,增加火星探測車的行駛通過性。
【專利說明】
一種仿生減阻火星車輪
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種探測車車輪,特別涉及一種仿生減阻火星車輪。
【背景技術】
[0002] 目前,我國對于火星的探索還處在初級階段,而由于火星表面特殊的形貌特征(表 面覆蓋一層風化層,且有大量巖石存在),而在其表面執(zhí)行探測任務的探測車需要保證有良 好的平順性和穩(wěn)定性,隨著我國對火星探測的不斷推進,一款能很好適應火星表面,并能順 利完成探測任務的探測車車輪對于火星探測來說,是很有必要的,受發(fā)射質量和尺寸的限 制,且太陽能電池板容易被火星塵土覆蓋,因此火星探測車太陽能電池板能量吸收效率很 低,行走時能量消耗很大,故能量是否充足是制約火星探測車能否正常工作的重要原因,現(xiàn) 有登陸火星的探測車車輪,大多為剛性輪或半剛性輪,結構復雜,防粘脫土的功能差,行走 時能量消耗很大,影響整個火星探測車的能量使用,不能長時間工作,增加科研成本;
[0003] 土壤動物(如蜣螂)的非光滑體表與粘性土壤經常直接接觸,但生物卻能活動自如 而自身不粘土;為適應生存環(huán)境,土壤動物經過長期的進化,其體表具備很強的防粘脫土的 功能;對大量土壤動物的研究表明,土壤動物的防粘脫土功能主要取決于它們的體表性質, 包括體表的幾何形態(tài)、體表物質構成、體表的電學性質、體表柔性與體表液等等;其中,體表 的幾何非光滑形態(tài)是其具有減粘脫附能力的十分重要的原因之一;其特點是:一定幾何形 狀的結構單元(凹坑)隨機地或按一定規(guī)律地分布于體表某些部位,表現(xiàn)出明顯的幾何非光 滑特性;不同土壤動物體表結構單元形狀大致可分為鱗片形、凸包形、凹坑形、波紋形、剛毛 形以及前面兩種或多種形狀結合的混合形;不同土壤動物體表幾何結構單元(凹坑)的形態(tài) 和尺寸不相同或某一幾何特征指標的分布規(guī)律各有不同;大致有均勻分布、規(guī)律分布、隨機 分布和分形分布等;同一土壤動物體表各部位呈現(xiàn)的幾何非光滑形態(tài)各異,這與土壤動物 對環(huán)境適應的生物進化過程、特別是不同部位的觸土方式有關。
【發(fā)明內容】
[0004] 本實用新型的目的是要解決上述現(xiàn)有登陸火星的探測車車輪,大多為剛性輪或半 剛性輪,結構復雜,防粘脫土的功能差,行走時能量消耗很大,影響整個火星探測車的能量 使用,不能長時間工作,增加科研成本等問題,而提供一種仿生減阻火星車輪。
[0005] -種仿生減阻火星車輪包括基體,其特征在于:所述基體表面上具有規(guī)則排列的 數個凹坑;
[0006] 數個凹坑的幾何投影面積之和與車輪基體表面積之比的范圍在30%_50%之間, 凹坑的形狀為,
[0007]
其 中D= {(x,y) I (x-x〇)2+(y-y〇)2彡r2}式中:r一凹坑半徑,h-凹坑深度,x-凹坑任一點橫坐 標,y-凹坑任一點縱坐標,z-凹坑任一點豎坐標,xo-凹坑中心橫坐標,yo-凹坑中心縱坐 標;
[0008] 根據凹坑深度與凹坑半徑的關系得出數學關系(R-h)2+r2 = R2,求出所需球冠半徑
[0009]
[0010] 其中R為所需球冠的半徑,r為凹坑半徑,h為凹坑深度;
[0011] 凹坑半徑r與凹坑個數Nt的關系可由下式:
[0012] Nt3ir2 = Si,
[0013]其中r為凹坑半徑,Nt為凹坑總個數,&為凹坑在輪面上的投影面積;
[0014]所述非軸向相鄰兩個凹坑的中心夾角a為18° ;
[0015] 所述凹坑的深度hi為3mm,半徑R1為44.2mm,軸向相鄰凹坑中心與車輪中心夾角0 為18.62°,靠近基體邊緣凹坑中心與基體邊緣的夾角y為9.94° ;
[0016] 所述基體最大外圓半徑R2為142mm,最大內圓半徑R3為137mm,基體厚度為5mm;
[0017]所述基體外輪廓所需所需圓的半徑R4為752mm,內輪廓所需圓的半徑R5為747mm; [0018]所述基體為鼓形,材質為鋁基碳化硅。
[0019]本實用新型的工作原理和過程:
[0020] 本實用新型通過仿土壤動物體表的防粘脫土功能和體表性質,仿真出土壤動物體 表凹坑(幾何結構單元)的形態(tài)和尺寸相應的幾何特征指標,將這一特征指標應用到探測車 車輪上,使探測車車輪具有防粘脫土功能;
[0021] 將位于同一軸線方向的個凹坑稱為一組,任意相鄰的兩組凹坑呈交錯分布,這種 交錯排布方式能增加凹坑單元與輪壤的軸向接觸范圍,也能夠間接增大任意相鄰兩組凹坑 之間任意兩個凹坑單元的的周向距離,避免凹坑分布過于集中造成的車輪剛度下降,從而 提高車輪的剛度。
[0022]本實用新型的有益效果:
[0023] 本實用新型結構簡單,安全可靠,減少車輪阻力,防粘脫土的功能強,行走時能量 消耗小,提高整個火星探測車的能量實際,延長時間工作,減少科研成本,增加火星探測車 的行駛通過性。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本實用新型的凹坑模型示意圖。
[0025] 圖2是本實用新型凹坑半徑、凹坑深度與所需球冠半徑的關系圖。
[0026]圖3是本實用新型的主視圖。
[0027]圖4是本實用新型的左視圖。
[0028]圖5是本實用新型A-A的剖視圖。
[0029]圖6是本實用新型B-B的剖視圖。
[0030]圖7是本實用新型的立體不意圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示,一種仿生減阻火星車輪包括基體1, 其特征在于:所述基體1表面上具有規(guī)則排列的數個凹坑2;
[0032] 數個凹坑2的幾何投影面積之和與車輪基體表面積之比的范圍在30 %-50 %之間, 凹坑2的形狀為:
[0033]
D,其中D= {(x,y) | (x-xo)2+(y-yo)2彡r2}式中:r一凹坑半徑,h-凹坑深度,x-凹坑任一點 橫坐標,y-凹坑任一點縱坐標,z-凹坑任一點豎坐標,XQ-凹坑中心橫坐標,yQ-凹坑中心 縱坐標;
[0034]根據凹坑深度與凹坑半徑的關系得出數學關系(R_h)2+r2 = R2,求出所需球冠半徑 [0035]
[0036]其中R為所需球冠的半徑,r為凹坑半徑,h為凹坑深度;
[0037]凹坑半徑r與凹坑個數Nt的關系可由下式:
[0038] NtJir2 = Si,
[0039]其中r為凹坑半徑,Nt為凹坑總個數,&為凹坑在輪面上的投影面積;
[0040]所述非軸向相鄰兩個凹坑2的中心夾角a為18° ;
[0041 ] 所述凹坑2的深度hi為3mm,半徑R1為44.2mm,軸向相鄰凹坑中心與車輪中心夾角0 為18.62°,靠近基體邊緣凹坑中心與基體邊緣的夾角y為9.94° ;
[0042] 所述基體1最大外圓半徑R2為142mm,最大內圓半徑R3為137mm,基體1厚度為5mm;
[0043] 所述基體1外輪廓所需所需圓的半徑R4為752mm,內輪廓所需圓的半徑R5為747mm;
[0044] 所述基體1為鼓形,材質為鋁基碳化硅。
[0045]本實用新型的工作原理和過程:
[0046] 請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示,本實用新型通過仿土壤動物體表的 防粘脫土功能和體表性質,仿真出土壤動物體表凹坑2(幾何結構單元)的形態(tài)和尺寸相應 的幾何特征指標,將這一特征指標應用到探測車車輪上,使探測車車輪具有防粘脫土功能; [0047]將位于同一軸線方向的3個凹坑2稱為一組,任意相鄰的兩組凹坑2呈交錯分布,這 種交錯排布方式能增加凹坑2單元與輪壤的軸向接觸范圍,也能夠間接增大任意相鄰兩組 凹坑2之間任意兩個凹坑2單元的的周向距離,避免凹坑2分布過于集中造成的車輪剛度下 降,從而提高車輪的剛度。
【主權項】
1. 一種仿生減阻火星車輪包括基體(1 ),其特征在于:所述基體(1)表面上具有規(guī)則排 列的數個凹坑(2); 數個凹坑(2)的幾何投影面積之和與車輪基體表面積之比的范圍在30 %-50 %之間,凹 坑(2)的形狀為:其中D = {(x,y) | x-x0)2+(y-y0)2彡r2}式中:r一凹坑半徑,h-凹坑深度,x-凹坑任一 點橫坐標,y-凹坑任一點縱坐標,z-凹坑任一點豎坐標,XQ-凹坑中心橫坐標,yQ-凹坑中 心縱坐標; 根據凹坑深度與凹坑半徑的關系得出數學關系(R_h)2+r2 = R2,求出所需球冠半徑其中R為所需球冠的半徑,r為凹坑半徑,h為凹坑深度; 凹坑半徑r與凹坑個數Nt的關系可由下式: Nt3ir2 = Si, 其中r為凹坑半徑,Nt為凹坑總個數,Si*凹坑在輪面上的投影面積; 所述非軸向相鄰兩個凹坑(2)的中心夾角a為18° ; 所述凹坑(2)的深度hi為3mm,半徑R1為44.2mm,軸向相鄰凹坑中心與車輪中心夾角0為 18.62°,靠近基體邊緣凹坑中心與基體邊緣的夾角y為9.94° ;2. 根據要求1所述的一種仿生減阻火星車輪,其特征在于:所述基體(1)最大外圓半徑 R2為142mm,最大內圓半徑R3為137mm,基體(1)厚度為5mm;3. 根據要求1所述的一種仿生減阻火星車輪,其特征在于:所述的基體(1)外輪廓所需 所需圓的半徑R4為752mm,內輪廓所需圓的R5半徑為747mm。4. 根據要求1所述的一種仿生減阻火星車輪,其特征在于:所述基體(1)為鼓形,材質為 錯基碳化娃。
【文檔編號】B60B19/00GK205705978SQ201620668715
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】鄒猛, 閆云鵬, 袁寶峰, 陳百超, 林云成, 周濤, 李建橋
【申請人】吉林大學