一种半无限边界等效靶舱系统、等效的地面验证试验方法

1.本发明涉及月壤球侵彻式勘查技术领域，具体涉及一种半无限边界等效靶舱系统、等效的地面验证试验方法。


背景技术：

2.月壤侵彻式勘查的任务模式能有效解决月球原位探测过程中主器不可达区域的就位探测及广域分布组网探测的难题。其主要方式是通过在一枚侵彻弹体上搭载大量的科学探测载荷，利用高速动能侵彻的方式潜入月球的次表层剖面中去，并利用搭载的科学载荷对为被污染的次表层月壤实现原位勘探，待勘探完成后，其通讯传输模块将探测数据传回中继星。在开展侵彻式勘查仪的研制工作的过程中，需要在地面环境条件下开展大量的侵彻试验工作，验证侵彻式勘查仪的可侵彻性、载荷的可存活性、通讯的可靠性。对月壤剖面进行合理地面模拟，为侵彻试验提供目标靶体，是开展月壤侵彻式勘查仪地面验证工作核心和前提，目标靶体必须遵循地月一致、工况覆盖及边界等效三条基本原则。


技术实现要素：

3.因此，本发明要提供一种半无限边界等效靶舱系统、等效的地面验证试验方法。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种半无限边界等效靶舱系统，包括：主体，所述主体包括原料舱和观察舱，所述原料舱具有第一容纳腔，所述第一容纳腔的内壁上设有吸波层，所述原料舱用于装乘模拟月壤原料；所述观察舱具有第二容纳腔，所述观察舱上设有观察窗，且在所述观察舱的一端设有贯穿孔；行走机构，设于所述主体的底部，所述行走机构在轨道上移动。
5.进一步地，所述原料舱和观察舱之间设有连接板，且在所述连接板上设有舱门，所述贯穿孔与所述舱门位于同一直线上。
6.进一步地，所述原料舱和观察舱均包括支撑框架和设于所述支撑框架上的板体，所述支撑框架呈立体结构。
7.进一步地，所述吸波层为尼龙吸波衬板。
8.进一步地，所述观察窗为双层且透明的聚碳酸酯制作而成。
9.本发明还提供了一种侵彻式勘查器半无限边界等效的地面验证试验方法，用到所述的半无限边界等效靶舱系统，包括以下步骤：一、弱极端工况验证：利用300mm口径的平衡炮，由于模拟月壤剖面靶体较为松散，采用砂雨法配合振捣棒振捣至密度约为1.55g/cm3，并通过改变着弹面的坡度对带落角着陆的工况进行验证；二、标称工况验证：利用155口径的空气炮，按照标称工况定义，标称工况的月壤相对密实度大于90％，即真实密度大于1.8g/cm3，采用了1.5
×
1.5
×
3.6m的原料舱用作装盛模拟月壤的容器，与弹体的长径比约为15；三、强极端工况：利用155口径的空气炮，该类工况的靶体样本的模拟，可以通过在侵彻级预期经过的弹道上预置尺寸为9cm，体积含量约为20％的岩块；四、巨型岩石工况：利用155口径的空气炮，该类工况的靶体样本的模拟，可以在靶仓系统的迎弹面或深度0.5m位置
布置尺寸＞1m的巨型模拟月岩。
10.进一步地，弱极端工况的具体验证方法：根据月球表层月壤的密实度分布特性，将相对密实度≈65％、侵彻式勘查器极易侵彻且会出现侵彻过深的月壤剖面工况定义为弱极端工况；其主要实施方案是采用砂雨法配合振捣棒将月壤振捣至密度约为1.55g/cm3，与月球表面松散剖面的工况相似；试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入弱极端工况模拟靶体内。
11.进一步地，标称工况的具体验证方法：将月球表面月壤大概率出现的工况，且是科学探测载荷主要探测区间的工况定义为标称工况；针对无水标称月壤剖面，其主要实施方案是采用4台激振力为500kg的振动电机以50hz的频率对松散的模拟月壤原料进行分层激振夯实，每填充5t模拟月壤原料，进行一次20min的激振夯实，使得月壤的相对密实度＞95％；针对含3％水率月壤水冰层剖面，则在沿弹道深0.5m处布置一块与3％含水率月壤水冰力学特性相似的二次等效物，用于等效含有月壤水冰的月壤剖面；试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入标称工况模拟靶体内。
12.进一步地，强极端工况验证的具体验证方法：将月球表面月壤层中尺寸＞90mm的小块月岩、体积含量＞20％的月壤剖面定义为强极端工况，其主要是为验证侵彻式勘察器通讯脐缆的赖受性的。其主要实施方案是将尺寸在90mm～150mm的小块岩石与标称细粒径月壤按2：8混合配比后，按照标称工况制备工艺将其振动压实至相对密实度＞95％，试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入强极端工况模拟靶体内。
13.进一步地，强极端工况验证的具体验证方法：将月球表面出现的尺寸大于0.8m的月岩的工况定义强极端工况，其主要是为了校核侵彻式勘察仪的抗过载能力；其主要实施方案是，在靶仓的迎弹面布置强度＞100mpa、尺寸＞1m的岩块，其后则填充与标称工况相似的密实度＞95％的细粒径月壤，模拟月表出现巨岩的工况；或在沿侵彻弹道深度0.5m的位置布置强度＞100mpa、尺寸＞1m的岩块，其余部分填充与标称工况相似的密实度＞95％的细粒径月壤。试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入巨型岩石工况模拟靶体内。
14.本发明技术方案，具有如下优点：
15.1.本发明提供的半无限边界等效靶舱系统，包括：主体，所述主体包括原料舱和观察舱，所述原料舱具有第一容纳腔，所述第一容纳腔的内壁上设有吸波层，所述原料舱用于装乘模拟月壤原料；所述观察舱具有第二容纳腔，所述观察舱上设有观察窗，且在所述观察舱的一端设有贯穿孔；行走机构，设于所述主体的底部，所述行走机构在轨道上移动。
16.其中，原料舱的第一容纳腔用于装乘模拟月壤原料，观察舱的一端设有贯穿孔，便于试验件顺利的进入至该观察舱内，观察舱内设置的观察窗，用于利用高速摄影监测试验件的速度和姿态信息，吸波层主要用来吸收侵彻过程中的应力波，使其等效为半无限体。
17.2.本发明提供的半无限边界等效靶舱系统，所述原料舱和观察舱之间设有连接板，且在所述连接板上设有舱门，所述贯穿孔与所述舱门位于同一直线上。该连接板的设置，使得原料舱和观察舱连成一个整体；同时还可以在该原料舱和观察舱之间设置舱门，便于原料舱和观察舱的连通。
18.3.本发明提供的半无限边界等效靶舱系统，所述原料舱和观察舱均包括支撑框架
和设于所述支撑框架上的板体，所述支撑框架呈立体结构。其中，支撑框架和板体共同组成了承重骨架，该承重骨架主要用来成手模拟月壤的重量。
19.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明提供的半无限边界等效靶舱系统的结构示意图；
22.图2为本发明提供的半无限边界等效靶舱系统的立体图；
23.图3为本发明提供的半无限边界等效靶舱系统的贯穿孔的结构示意图；
24.图4为弱极端工况勘察仪侵彻可能状态；
25.图5为标称工况勘察仪侵彻可能状态；
26.图6为强极端工况勘察仪侵彻可能状态；
27.图7为巨岩工况勘察仪侵彻可能状态；
28.图8为弱极端工况剖面制备方法；
29.图9为标称工况剖面制备方法；
30.图10为强极端工况剖面制备方法；
31.图11为不同边界条件侵彻加速度过程曲线；
32.图12为侵彻体试验加速度曲线。
33.附图标记说明：
34.1、主体；2、原料舱；21、第一容纳腔；22、吸波层；3、观察舱；31、第二容纳腔；32、观察窗；33、贯穿孔；4、行走机构；5、轨道；6、连接板；61、舱门；7、支撑框架；8、板体。
具体实施方式
35.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
36.在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
37.在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
38.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
39.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
40.以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
41.请参阅图1至图11所示，对侵彻式勘查仪工况定义，主要包括弱极端工况、标称工况、强极端工况、巨型岩石工况。
42.月球极区侵彻式探测，将面临严酷的非确知作业环境，同时还将由于自身高速瞬态作业的探测特点，无法进行人工在线干预，只能依靠自身设计状态进行适应性侵彻作业，其自身侵彻效能及内部探测目标对象高度的随机性。在此将以月球南极永久阴影坑边缘月壤剖面物性参数谱为基础，以勘查器科学载荷的可存活性、可探测性为约束，对勘查器着陆侵彻过程中可能遇到的工况进行分类定义，为系统的地面验证提供输入。
43.第一种为弱极端工况：所谓弱极端工况，是指承载力、抗剪强度较低，空隙比、可压缩系数较高的表层月壤剖面。在此类工况状态下勘查器的侵彻穿深较大，可能会出现动力级通讯端被掩埋，造成通讯失效的风险。除此之外，低密实度的月壤工况容易发生跳弹。因此，该类工况应当作为动力级阻力设计及姿控设计的上包络要求在该类工况状态下，
44.a1、低密实度月壤剖面：根据月球表层月壤的最小相对密实度约为60％，将相对密实度60％的月壤剖面定义为弱极端，此时月壤剖面的实际密度约为1.55g/cm3,勘查仪的侵彻级的侵彻深度约为2.5～3m。
45.a2、低密带角度月壤剖面：勘察仪的着陆环境可能带有一定的落角，而低密实度的月壤剖面带落角着陆更容易发生跳弹。因此该工况设计为整剖面相对密实度约为60％，着弹面与勘查仪试验件夹角为15
°
。
46.第二种为标称工况：所谓标称工况，是指月球极区表层月壤大概率的赋存分布状态。此类工况是侵彻级侵深及功能载荷设计与验证指标的设计基础。因此，该类工况将是勘查仪整机系统功能性能指标验证及各个分系统的功能性能指标解耦验证所面对的主要对
象。此类工况状态下，勘查仪侵彻级的侵彻深度约为1.5m，所有功能载荷正常工作。此类工况主要有以下两种：
47.b1、密实月壤剖面：根据月球表层月壤的普遍分布规律，认为月表以下20cm，月壤的相对密实度将大于90％，因此我们在开展地面试验时将无水模拟月壤激振夯实至相对密实度大于90％。
48.b2、含3％水率月壤水冰层:在月球极区的撞击坑中将有一定概率具有水冰物质赋存，这也是月壤侵彻式勘查仪的主要探测对象。根据水冰物质的分布规律，我们试验过程中的靶体前0.5m设置为相对密实度大于90％的模拟月壤，0.5m至1m设置为与含水率3％月壤水冰力学特性相似的二次等效物，1m至3m设置为相对密实度大于90％的模拟月壤。
49.第三种为强极端工况：所谓强极端，是指月壤剖面中存在具有一定尺度特征的小块月岩介质，勘查器在侵彻过程中有一定概率遇到。此类工况可能会造成侵彻级在侵彻过程中的会发生小角度的姿态偏转，造成侵彻深度略微偏低与通讯脐缆卡断的风险；此外还将造成部分功能探测载荷与月壤介质接触状态不良。因此，该类工况是通讯脐缆强度设计、功能探测载荷不确定度的设计依据。
50.c1含尺度颗粒月壤剖面：根据骨料尺度对侵彻体姿态的影响规律，当骨料尺寸与侵彻体直径比值为1时对侵彻体的偏转姿态具有显著影响，且根据阿波罗探测数据显示剖面中粗颗粒含量最大约为20％。因此，将月壤剖面中含有粗骨料直径约为90mm、体积含量约为20％定义为强极端工况。此类工况状态下，勘查仪侵彻级的侵彻深度大于1.2m，大部分功能载荷正常工作。
51.第四种为巨型岩石工况：所谓巨型岩石工况，是指在勘查仪侵彻弹道上出现了尺寸大于90cm的巨型岩石。勘查器在侵彻过程中有极小的概率遇到，此类工况是功能探测载荷耐过载设计的上包络。此类工况主要分为以下3种：
52.d1、大尺寸表面巨岩工况：大尺寸巨岩是指位于月球表面0.5m以上的强度＞100mpa，尺寸＞0.8m，厚度＞0.5m的大块岩石，其下分布为相对密实度＞90％的模拟月壤。此类工况是勘查仪着陆时所能遇到的最恶劣的工况，勘查仪无法实现侵彻，此类工况需要通过遥感等技术手段进行规避。
53.d2、小尺寸表面巨岩工况：小尺寸巨岩是指位于月球表面0.5m以上的强度＞100mpa，尺寸0.6～0.8m，厚度0.3～0.5m的岩石。该类岩石侵彻式勘察仪在侵彻的过程中能将其击碎，但勘察仪的总体侵彻效能大大下降。
54.d3、深埋巨岩工况：浅埋巨岩是指埋藏于月壤表面深度0.5～1m深度，尺寸大于尺寸＞0.8m，厚度＞0.5m的大块岩石，该类工况侵彻式勘查仪的侵彻过程中勘查仪姿态发生偏转，同时勘察仪的过载也将最大，该类工况是是功能探测载荷耐过载设计的上包络。
55.请参阅图1至图3所示，本发明提供了一种半无限边界等效靶舱系统，包括：主体，所述主体包括原料舱和观察舱，所述原料舱具有第一容纳腔，所述第一容纳腔的内壁上设有吸波层，所述原料舱用于装乘模拟月壤原料；所述观察舱具有第二容纳腔，所述观察舱上设有观察窗，且在所述观察舱的一端设有贯穿孔；行走机构，设于所述主体的底部，所述行走机构在轨道上移动。
56.其中，原料舱的第一容纳腔用于装乘模拟月壤原料，观察舱的一端设有贯穿孔，便于试验件顺利的进入至该观察舱内，观察舱内设置的观察窗，用于利用高速摄影监测试验
件的速度和姿态信息，吸波层主要用来吸收侵彻过程中的应力波，使其等效为半无限体。
57.在一些可选的实施例中，所述原料舱和观察舱之间设有连接板，且在所述连接板上设有舱门，所述贯穿孔与所述舱门位于同一直线上。该连接板的设置，使得原料舱和观察舱连成一个整体；同时还可以在该原料舱和观察舱之间设置舱门，便于原料舱和观察舱的连通。
58.在一些可选的实施例中，所述原料舱和观察舱均包括支撑框架和设于所述支撑框架上的板体，所述支撑框架呈立体结构。其中，支撑框架和板体共同组成了承重骨架，该承重骨架主要用来成手模拟月壤的重量。
59.在本实施例中，所述吸波层为尼龙吸波衬板，该尼龙吸波衬板主要用来吸收侵彻过程中的应力波，使其等效为半无限体。
60.所述观察窗为双层且透明的聚碳酸酯制作而成。
61.本发明还提供了一种侵彻式勘查器半无限边界等效的地面验证试验方法，用到所述的半无限边界等效靶舱系统，其特征在于，包括以下步骤：
62.一、弱极端工况验证：利用300mm口径的平衡炮，由于模拟月壤剖面靶体较为松散，采用砂雨法配合振捣棒振捣至密度约为1.55g/cm3，并通过改变着弹面的坡度对带落角着陆的工况进行验证；
63.二、标称工况验证：利用155口径的空气炮，按照标称工况定义，标称工况的月壤相对密实度大于90％，即真实密度大于1.8g/cm3，采用了1.5
×
1.5
×
3.6m的原料舱用作装盛模拟月壤的容器，与弹体的长径比约为15；
64.三、强极端工况：利用155口径的空气炮，该类工况的靶体样本的模拟，可以通过在侵彻级预期经过的弹道上预置尺寸为9cm，体积含量约为20％的岩块；
65.四、巨型岩石工况：利用155口径的空气炮，该类工况的靶体样本的模拟，可以在靶仓系统的迎弹面或深度0.5m位置布置尺寸＞1m的巨型模拟月岩。
66.弱极端工况整机系统验证：针对弱极端工况，勘查仪主要面临的风险主要是有两个方面：第一是勘查仪的动力级无法停留在月表，使得通讯中断；第二个方面是侵彻级过深，导致通讯脐缆被拽断。因此，针对于此类工况需要重点验证动力级在月表的停留特性及缓冲阻尼片的功能性能特性。
67.标称工况整机系统验证：标称工况是未来勘查仪大概率面临的工况，因此，针对该类工况的验证主要是涉及以下两个方面的内容：一是整机系统在不同地形、地貌条件下的可侵彻性；二是整系统科学探测载荷的功能与性能验证。
68.强极端工况整机系统验证：强极端工况是勘查仪具有一定该类面临的工况，该类工况的验证主要是涉及以下两个方面的内容：一是具有一定尺寸形态的砾石组构对侵彻级侵彻过程中的姿态扰动；二是验证通讯脐缆在侵彻过程中是否会因为大尺度砾石的扰动而损坏。
69.在一些可选的实施例中，弱极端工况的具体验证方法：根据月球表层月壤的密实度分布特性，将相对密实度≈65％、侵彻式勘查器极易侵彻且会出现侵彻过深的月壤剖面工况定义为弱极端工况；其主要实施方案是采用砂雨法配合振捣棒将月壤振捣至密度约为1.55g/cm3，与月球表面松散剖面的工况相似；试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入弱极端工况模拟靶体内。
70.为了有效消除应力波反射效应所造成的边界效应对侵彻弹体加速度响应的干扰，在半无限边界等效靶舱系统周边增加了波阻抗低于密实模拟月壤的尼龙层吸波界面。
71.在一些可选的实施例中，标称工况的具体验证方法：将月球表面月壤大概率出现的工况，且是科学探测载荷主要探测区间的工况定义为标称工况；针对无水标称月壤剖面，其主要实施方案是采用4台激振力为500kg的振动电机以50hz的频率对松散的模拟月壤原料进行分层激振夯实，每填充5t模拟月壤原料，进行一次20min的激振夯实，使得月壤的相对密实度＞95％；针对含3％水率月壤水冰层剖面，则在沿弹道深0.5m处布置一块与3％含水率月壤水冰力学特性相似的二次等效物，用于等效含有月壤水冰的月壤剖面；试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入标称工况模拟靶体内。
72.在一些可选的实施例中，强极端工况验证的具体验证方法：将月球表面月壤层中尺寸＞90mm的小块月岩、体积含量＞20％的月壤剖面定义为强极端工况，其主要是为验证侵彻式勘察器通讯脐缆的赖受性的。其主要实施方案是将尺寸在90mm～150mm的小块岩石与标称细粒径月壤按2：8混合配比后，按照标称工况制备工艺将其振动压实至相对密实度＞95％，试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入强极端工况模拟靶体内。
73.在一些可选的实施例中，强极端工况验证的具体验证方法：将月球表面出现的尺寸大于0.8m的月岩的工况定义强极端工况，其主要是为了校核侵彻式勘察仪的抗过载能力；其主要实施方案是，在靶仓的迎弹面布置强度＞100mpa、尺寸＞1m的岩块，其后则填充与标称工况相似的密实度＞95％的细粒径月壤，模拟月表出现巨岩的工况；或在沿侵彻弹道深度0.5m的位置布置强度＞100mpa、尺寸＞1m的岩块，其余部分填充与标称工况相似的密实度＞95％的细粒径月壤。试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入巨型岩石工况模拟靶体内。
74.该验证方法首先采用数值仿真计算的方法对侵彻过程中边界的影响规律进行了分析。如图10曲线所示，是铁桶+尼龙、纯铁桶以及无反射边界三类工况条件下的加速度曲线图，从图10中可以看出，对于纯铁桶边界加速度受边界条件的影响存在较大的波动，其主要是由应力波的反射与透射造成的。通过在铁桶与靶舱系统之间增加尼龙吸波层，其加速度曲线几乎与无反射边界条件一致，其有效的说明了尼龙夹层的存在有效的对应力波进行了吸收，也侧面反应了通过增加尼龙吸波夹层，能有效的利用有限尺寸的靶体等效半无限体边界。
75.靶体的边界效应主要表现在弹体侵彻过程加速度曲线的波动上，当靶体的边界对弹体的侵彻力学响应有影响时，其加速度曲线有明显的特征波动峰值；相反，当该特征波动峰值在加速度曲线上不出现时，及可认为边界对侵彻过程的力学响应无明显影响，此时即可认为该条件于月面半无限体边界条件是等效的。
76.为对靶舱系统的半无限边界等效性进行验证，我们利用155mm口径的空气炮，针对搭载了具有加速度记录模块的90mm勘查弹试验件开展了侵彻试验，试验布置示意图如图1至图3所示。我们分别获得了尺寸为1.5m
×
1.5m
×
3m的标称工况靶体在有靶舱系统安装内衬吸波层和无内衬吸波层的状态下试验件的加速度曲线。如图12所示，从图中加速度曲线可以看出当不增加尼龙吸波层时，其加速度曲线出现明显的由边界造成的特征波动峰值，而增加了吸波层材料则无明显的特征波动峰值，说明了本发明所提出来的方法能有效的降
低靶体边界效应对弹体侵彻力载响应的干扰，从而达到利用有限尺寸靶标代替半无限体靶标的试验目的。
77.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种半无限边界等效靶舱系统，其特征在于，包括：主体，所述主体包括原料舱和观察舱，所述原料舱具有第一容纳腔，所述第一容纳腔的内壁上设有吸波层，所述原料舱用于装乘模拟月壤原料；所述观察舱具有第二容纳腔，所述观察舱上设有观察窗，且在所述观察舱的一端设有贯穿孔；行走机构，设于所述主体的底部，所述行走机构在轨道上移动。2.根据权利要求1所述的半无限边界等效靶舱系统，其特征在于，所述原料舱和观察舱之间设有连接板，且在所述连接板上设有舱门，所述贯穿孔与所述舱门位于同一直线上。3.根据权利要求2所述的半无限边界等效靶舱系统，其特征在于，所述原料舱和观察舱均包括支撑框架和设于所述支撑框架上的板体，所述支撑框架呈立体结构。4.根据权利要求1-3中任一项所述的半无限边界等效靶舱系统，其特征在于，所述吸波层为尼龙吸波衬板。5.根据权利要求4所述的半无限边界等效靶舱系统，其特征在于，所述观察窗为双层且透明的聚碳酸酯制作而成。6.一种侵彻式勘查器半无限边界等效的地面验证试验方法，用到权利要求1-5中任一项所述的半无限边界等效靶舱系统，其特征在于，包括以下步骤：一、弱极端工况验证：利用155口径的平衡炮，由于模拟月壤剖面靶体较为松散，采用砂雨法配合振捣棒振捣至密度约为1.55g/cm3，并通过改变着弹面的坡度对带落角着陆的工况进行验证；二、标称工况验证：利用155口径的空气炮，按照标称工况定义，标称工况的月壤相对密实度大于90％，即真实密度大于1.8g/cm3，采用了1.5
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1.5
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3.6m的原料舱用作装盛模拟月壤的容器，与弹体的长径比约为15；三、强极端工况：利用155口径的空气炮，该类工况的靶体样本的模拟，可以通过在侵彻级预期经过的弹道上预置尺寸为9cm，体积含量约为20％的岩块；四、巨型岩石工况：利用155口径的空气炮，该类工况的靶体样本的模拟，可以在靶仓系统的迎弹面或深度0.5m位置布置尺寸＞1m的巨型模拟月岩。7.根据权利要求6所述的侵彻式勘查器半无限边界等效的地面验证试验方法，其特征在于，弱极端工况的具体验证方法：根据月球表层月壤的密实度分布特性，将相对密实度≈65％、侵彻式勘查器极易侵彻且会出现侵彻过深的月壤剖面工况定义为弱极端工况；其主要实施方案是采用砂雨法配合振捣棒将月壤振捣至密度约为1.55g/cm3，与月球表面松散剖面的工况相似；试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入弱极端工况模拟靶体内。8.根据权利要求6所述的侵彻式勘查器半无限边界等效的地面验证试验方法，其特征在于，标称工况的具体验证方法：将月球表面月壤大概率出现的工况，且是科学探测载荷主要探测区间的工况定义为标称工况；针对无水标称月壤剖面，其主要实施方案是采用4台激振力为500kg的振动电机以50hz的频率对松散的模拟月壤原料进行分层激振夯实，每填充5t模拟月壤原料，进行一次20min的激振夯实，使得月壤的相对密实度＞95％；针对含3％水率月壤水冰层剖面，则在沿弹道深0.5m处布置一块与3％含水率月壤水冰力学特性相似的二次等效物，用于等效含有月壤水冰的月壤剖面；试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查
器试验件加速至目标速度后，侵入标称工况模拟靶体内。9.根据权利要求6所述的侵彻式勘查器半无限边界等效的地面验证试验方法，其特征在于，强极端工况验证的具体验证方法：将月球表面月壤层中尺寸＞90mm的小块月岩、体积含量＞20％的月壤剖面定义为强极端工况，其主要是为验证侵彻式勘察器通讯脐缆的赖受性的。其主要实施方案是将尺寸在90mm～150mm的小块岩石与标称细粒径月壤按2：8混合配比后，按照标称工况制备工艺将其振动压实至相对密实度＞95％，试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入强极端工况模拟靶体内。10.根据权利要求6所述的侵彻式勘查器半无限边界等效的地面验证试验方法，其特征在于，巨型岩石工况验证的具体验证方法：将月球表面出现的尺寸大于0.8m的月岩的工况定义强极端工况，其主要是为了校核侵彻式勘察仪的抗过载能力；其主要实施方案是，在靶仓的迎弹面布置强度＞100mpa、尺寸＞1m的岩块，其后则填充与标称工况相似的密实度＞95％的细粒径月壤，模拟月表出现巨岩的工况；或在沿侵彻弹道深度0.5m的位置布置强度＞100mpa、尺寸＞1m的岩块，其余部分填充与标称工况相似的密实度＞95％的细粒径月壤。试验过程中通过155mm口径空气炮将勘查器试验件加速至目标速度后，侵入巨型岩石工况模拟靶体内。

技术总结
本发明涉及月壤球侵彻式勘查技术领域，具体涉及一种半无限边界等效靶舱系统、等效的地面验证试验方法；半无限边界等效靶舱系统，包括：主体，所述主体包括原料舱和观察舱，所述原料舱具有第一容纳腔，所述第一容纳腔的内壁上设有吸波层，所述原料舱用于装乘模拟月壤原料；所述观察舱具有第二容纳腔，所述观察舱上设有观察窗，且在所述观察舱的一端设有贯穿孔；行走机构，设于所述主体的底部，所述行走机构在轨道上移动。观察舱内设置的观察窗，用于利用高速摄影监测试验件的速度和姿态信息，吸波层主要用来吸收侵彻过程中的应力波，使其等效为半无限体。效为半无限体。效为半无限体。


技术研发人员：唐钧跃 肖俊孝 姜生元 张伟伟 迟骋 哈泽坤 孙淼 迟润强 庞宝君 迟关心
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/4/21