月岩钻进取样过程中钻头切削温度问题是直接影响月表采样项目顺利实施的关键。在月探采样过程中,月表高中空和复杂温度环境,限制了冷却液的使用,且月岩导热率极低,将导致月表钻探中钻头温度快速升高。因此,研究岩石钻进钻头温度及其分布规律对月表钻头材料、结构参数确定等有重要的指导作用,对提高钻头使用寿命、合理选择钻进工艺参数、降低钻进成本有很强的实用价值,对月球钻探采样项目顺利进行有重要意义。本文针对月表钻头旋转切削温度问题,采用理论分析与实验研究相结合的方法进行研究。1.通过调研分析月岩物理力学性质对比地球岩石,以地球中硬岩为研究对象进行钻进切削温度研究。在分析岩石切削模型及机理的基础上,基于摩尔理论和裂纹扩展理论,分析中硬岩石切削状态,认为在中硬岩石切削过程中同时存在脆性切削和延展性切削2种方式,在此基础上提出新的中硬岩石切削模型机理,并设计半孔微钻实验进行验证。模型表明:岩石钻进过程在脆性切削和延展性切削共同作用下进行,不断循环产生小大切屑的过程。2.通过对岩石钻进系统生热分析,明确了岩石切削过程中热源及热量分配。分析钻头钻进岩石过程的热传递,基于傅立叶定律给出了钻头温度微分方程组;并以能量守恒定律为基础,建立了旋转钻进钻头平均温度解析计算模型。模型显示,钻头工作温度主要和钻头、岩石、切削的几何性质、钻进工艺参数以及它们的热物理特性相关。对模型进行计算分析,得出各因素的影响规律,钻头切削温度与岩石钻进过程中钻压力及转速成正增长趋势,且转速的影响率要大于钻压。3.基于月表钻探无水环境及低功耗钻进条件,选用月探低功耗钻机,月表取心钻头模拟月岩钻进实验。设计人工热电偶测温法进行岩石钻进测温实验,实现了钻进过程钻头温度实时采集和存储。实验结果表明:钻头温升现象十分明显,并伴随在整个钻进过程,温度变化呈震荡性;钻进过程钻头温度升高可以分为三个阶段,初期的快速升温阶段,中期的稳态升温阶段,后期的相对稳定阶段;钻头温度随转速的增大而增大,并且钻头温度随钻进岩石的强度增大而增大,两者呈现较好的正相关性,与钻头平均温度理论计算模型相吻合。