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），而在其表面執行探測任務的探測車需要保證有良 好的平順性和穩定性，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 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、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)隨機地或按一定規律地分布于體表某些部位，表現出明顯的幾何非光 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 和尺寸不相同或某一幾何特征指標的分布規律各有不同；大致有均勻分布、規律分布、隨機 分布和分形分布等；同一土壤動物體表各部位呈現的幾何非光滑形態各異，這與土壤動物 對環境適應的生物進化過程、特別是不同部位的觸土方式有關。

【發明內容】

[0004] 本實用新型的目的是要解決上述現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