[发明专利]单压电陶瓷叠堆作动回转冲击超声波钻进小行星采样器

说明书

本发明提供了一种单压电陶瓷叠堆作动回转冲击超声波钻进小行星采样器，包括探测器本体、进尺机构、采样钻、气吹机构和返回舱，所述的进尺机构、气吹机构和返回舱均安装在探测器本体上，所述的采样钻设置在进尺机构的末端，所述的气吹机构连通采样钻和返回舱，所述的进尺机构驱动采样钻上下移动。本发明所述的一种单压电陶瓷叠堆作动回转冲击超声波钻进小行星采样器，采用具有低钻压高效能的回转冲击式超声波钻进，基于螺旋钻、进气吹式取样实现小行星表面采样。

技术领域

本发明属于空间资源探测技术领域，尤其是涉及一种单压电陶瓷叠堆作动回转冲击超声波钻进小行星采样器。

背景技术

小行星是太阳系形成后的物质残余，也是人类了解太阳系起源、形成和演变的重要载体，一般小行星还含有丰富的铁、镍和铜等金属成分，而普遍的C型小行星表面可能含有碳和水合物。因此，对小行星进行探测采样具有十分重要的科学意义。目前较成功的小行星采样任务当属日本的“隼鸟”号，其搭载一种弹射式采样系统对丝川进行了探测，该采样系统利用可展开机械臂将投射器和捕捉器移动到采样点，然后发射高度运动的射弹撞击小行星表面，并利用捕捉器收集飞剑的岩石样品。该采样系统原理简单，但采样量小且不能保持样品层理信息，采样效果不理想。小行星采样器的研究具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种单压电陶瓷叠堆作动回转冲击超声波钻进小行星采样器，采用具有低钻压高效能的回转冲击式超声波钻进，基于螺旋钻进、气吹式取样实现小行星表面采样。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种单压电陶瓷叠堆作动回转冲击超声波钻进小行星采样器，包括探测器本体、进尺机构、采样钻、气吹机构和返回舱，所述的进尺机构、气吹机构和返回舱均安装在探测器本体上，所述的采样钻设置在进尺机构的末端，所述的气吹机构连通采样钻和返回舱，所述的进尺机构驱动采样钻上下移动。

进一步的，所述采样钻包括转子、V型后盖板、压电陶瓷叠堆、变幅杆、传动轴、下壳体、螺旋钻杆、钻杆套和上壳体，所述的转子、V型后盖板、压电陶瓷叠堆、变幅杆和传动轴设置在上壳体和下壳体围成的空间内，在所述螺旋钻杆外套设一端封闭一端开口的钻杆套，所述钻杆套的封闭端固定在下壳体的远离上壳体的一端，在所述钻杆套上靠近封闭端处设有进气口和样品出口，所述变幅杆固定在下壳体上，所述的变幅杆为上宽下窄的空心杆体，宽段设置在上壳体内，并伸入V型后盖板的空腔，窄段设置在下壳体内与螺旋钻杆连接，所述的变幅杆的宽段将压电陶瓷叠堆压紧在V型后盖板上，所述的V型后盖板的上端设置转子，所述的传动轴依次穿过转子和变幅杆后与螺旋钻杆连接，在转子和上壳体上壁之间的传动轴上套设一压紧弹簧，在下壳体内部的螺旋钻杆上套设有一恢复弹簧。

进一步的，所述进尺机构包括回转电机、联轴器、丝杠、丝母、进尺轴、电机支撑座和丝杠支撑座，所述电机和丝杠分别通过电机支撑座和丝杠支撑座装配在探测器本体上，所述联轴器连接回转电机的输出轴和丝杠，所述丝杠上装配丝母，所述丝母与进尺轴固定连接，所述进尺轴与上壳体固定连接，所述电机通过丝杠和丝母组成的滚珠丝杠副将回转运动变为进尺轴的直线运动。

进一步的，所述气吹机构包括气罐、进气管和样品管，所述气罐固定在探测器本体上，所述的气罐通过进气管与进气口连通，所述的样品管连通样品出口和返回舱。

进一步的，在上壳体的端部设有用于支撑传动轴的第一轴承，在所述的第一轴承的内圈配合有一铜套，所述的压紧弹簧的一端紧压铜套，另一端将转子压在V型后盖板上。

进一步的，在恢复弹簧与下壳体相抵处设有第二轴承，所述的恢复弹簧一端紧压螺旋钻杆使其端面与变幅杆贴合，另一端紧压第二轴承使其与下壳体贴合。

进一步的，所述上壳体和下壳体之间通过螺栓连接。

相对于现有技术，本发明所述的单压电陶瓷叠堆作动回转冲击超声波钻进小行星采样器具有以下优势：