個別要素法を用いた低重力環境における地盤とローバの相互作用の解明

使用离散元方法阐明低重力环境中地面和流动站之间的相互作用

基本信息

批准号：
22K04545
负责人：
須藤真琢
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04545/
关键词：
月探査低重力ローバ個別要素法テラメカニクス

项目摘要

過去、複数のローバが月や火星の地表面を走行しているが、月や火星の低重力環境が地盤と探査車(ローバ)の相互作用に及ぼす影響には、未解明の部分が多く残されている。2030年代の月惑星探査に向けて、月や火星の低重力環境における地盤とローバの相互作用の解明が重要である。そこで本研究では、月や火星の低重力における地盤でローバの車輪に働く力とスリップ等の関係を詳細に調べることで、ローバの走行挙動を表現する相互作用モデルの構築を目的とする。この目的達成のために（A）個別要素法（以下、DEM）に基づいた数値解析、（B)ローバの車輪を用いた走行挙動解析、及び（C)地上フィールド実験によるローバ車体の走行挙動解析に取り組んでいる。以下、当該年度の研究実績の概要を記す。(A)におけるDEMに基づいた数値解析を通して、月や火星の低重力における地盤を模擬し、異なる重力環境で車輪が生み出す力とスリップの関係を明らかにした。DEMを用いた数値解析では、地盤は多数の粒子で構成され、その粒子と粒子の間、および粒子と機械の間で生じる力に基づき、地盤と機械の挙動が推定される。数値シミュレーション内の地盤粒子や車輪に働く加速度を変化させることで、月や火星等の重力に相当する低重力環境における地盤で生じる現象を再現した。このような異なる重力環境において、様々な斜度の走行路面で車輪を走行させるシミュレーションを行い、車輪のけん引力と滑りの関係を解析した。この解析の結果、車体に働く荷重のみを低減させるローバの地上実験では、低重力環境におけるローバの走行性能を過大に評価する可能性があることが示された。これは、ローバの設計開発に対する重要な知見である。

过去，有多辆漫游车在月球和火星表面行驶，但月球和火星的低重力环境对漫游车与地面相互作用的影响仍然未知。为了准备 2030 年代的月球和行星探索，阐明月球和火星的低重力环境下月球车与地面之间的相互作用非常重要。因此，本研究的目的是通过详细研究月球和火星低重力地面上作用在月球车车轮上的力与滑移之间的关系，构建一个表达月球车运行行为的交互模型。为了实现这一目标，我们进行了（A）基于离散元法（DEM）的数值分析，（B）利用流动站车轮的运行行为分析，以及（C）通过地面现场实验对流动站车体的运行行为进行分析。致力于此。以下是本年度研究成果的概述。通过(A)中基于DEM的数值分析，我们模拟了月球和火星上的低重力地面，阐明了不同重力环境下车轮产生的力与滑移之间的关系。在使用 DEM 的数值分析中，地面由许多粒子组成，地面和机械的行为是根据粒子之间以及粒子与机器之间产生的力来估计的。通过改变数值模拟中作用在地面粒子和轮子上的加速度，我们再现了在相当于月球或火星重力的低重力环境下地面上发生的现象。在这些不同的重力环境下，我们模拟了车轮在不同坡度的道路上行驶，并分析了车轮牵引力与打滑之间的关系。分析结果表明，仅减少作用在车体上的载荷的流动站地面实验可能会高估流动站在低重力环境下的驾驶性能。这是流动站设计和开发的重要见解。