Investigating the ride properties of a particle filled wheel for planetary mobility

• Main Author: Oyama, Daniel
• Other Authors: Jozsef Kovecses (Internal/Cosupervisor2)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2014
• Subjects: Engineering - Mechanical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=123003

Ride is the isolation of passenger and cargo from terrain inputs on a movingvehicle. While most lunar rover designs assign this duty to shock absorbers, DrPeter Radziszewski and Dr Sudarshan Martins propose it be supplied in largerpart by the wheels. Their invention, dubbed iRings, consists of a 24 inch diameterchainmail tire carcass filled with thousands of polypropylene spheres. When spunbeyond a critical speed, their centripetal acceleration compresses them against thechain-mail, which lacking any structure, adopts their bulk stiffness, damping andshape. In this thesis, measurements of iRings' free response to an impulse whilespinning are analysed to create a linear single degree of freedom contact model.The model's damping ratio drops from 0.8-0.9 at 0 rpm to 0.01 at 131 rpm as bothits stiffness and damping decrease with speed. The transition occurs close to theDavis critical speed of 54 rpm. Throughout, natural frequency remains constantat 3-4 Hz despite large fluctuations in stiffness. This is likely because iRingsoscillates as a result of plastic and not elastic deformation. This model is matchedin-silico to the Canadian Space Agency's (CSA) rovers Juno and Artemis and thewhole is tested on a sinusoidal lunar analogue terrain supplied by the CSA. TheiRings wheel is found to supply comparable, but slightly inferior isolation thana pneumatic tire, the Carlisle AT-489. Nevertheless, iRings proves itself to be apassively adaptive suspension component and with improvements to its stiffness,could surpass the pneumatic wheel. === Le comfort des passagers et cargo d'une vhicule consiste de l'isolation qu'ilfournisse du terrain sur lequel il se dplace. Alors que la plupart des vhiculeslunaires comblent ce besoin avec des absorbeur de chocs, Dr Peter Radziszewskiet Dr Sudarshan Martins proposent que les roues prennent encore plus la relve.Leur invention, surnomm iRings, consiste d'une enveloppe en cote de mail rempliede miliers de sphres en polypropylne. Lorsqu'elles se font tourner au dl d'unevitesse critique, les sphres font une pression sure le cote de mail qui, ayant aucunestructure, adopte leur amortissement, rigidit et forme. Dans cette thse, la mesurede la raction naturelle une impulsion d'une roue iRings en train de tourner estanalyse pour crer une systme linaire un seule degr de libert reprsentative de soncontact. Son rapport d'amortissement descends de 0.8-0.9 0 tour par minute(tpm) jusqu' 0.01 131 tpm du au fait que son amortissement et rigidit diminuentavec la vitesse. La transition se manifeste autour de la vitesse criticale Davis de 54tpm. Tout au long, sa frquence naturelle reste entre 3-4 Hz malgr des fluctuationsimportantes de rigidit. La fait qu'iRings se trouve a osciller cause de dformationplastique et non lastique. Ce modle est intgre in silico avec Juno et Artemis,voitures lunaires de l'Agence Spatiale Canadienne (ASC), et par la suite le tout estexcite par une surface sinusoidale spcifie par l'ASC. La roue iRings fournisse uneisolation similaire cependant infrieure une roue pneumatique, le Carlisle AT-489.Nanmoins, iRings prouve qu'elle peut servir d'amortisseur auto-adaptif et qu'avecquelques amliorations sa rigidite, pourrait surpasser la roue pneumatique.