[实用新型]一种模拟月球钻探用的超声波微钻试验台

说明书

技术领域

本实用新型属于外太空钻探技术领域，具体涉及一种模拟月球钻探用的超声波微钻试验台。

背景技术

当代太阳系的探测以月球、火星为主线，作为距离地球最近的天体，月球自古以来一直是人类太空探测的第一目标。月球富含着人类所急需的矿藏，特别是月壤中蕴藏着丰富的氦-3，作为清洁能源对于未来资源匮乏的地球来说，是至关重要的；且通过对月球环境、月表矿物及地质构造等方面的研究，可以提供地球、月球乃至整个宇宙起源的线索，这对人类探索宇宙具有重要的战略意义；同时，人类可以把月球作为人类探索深空的中继站，也是中国人近期可探测的太空目标；此外，探月计划的实施必将带动一系列新技术的实用新型和革新，促进社会的进步。

目前，探月工程已被列入《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020)》，我国的探月计划分为“绕”、“落”、“回”三步。2007年发射卫星“嫦娥一号”以及2010年发射的“嫦娥二号”和2013年发射的“嫦娥三号”，已经圆满完成探月计划的“绕”和“落”两部分。目前已进入探月工程三期阶段。探月工程三期的主要任务是对月球表面的巡视勘察和采样返回。由于月球地形环境复杂，并且微重力、高真空、高温高寒、高辐射等一系列特点，势必意味着其采样工艺、钻机及钻具不同于地球环境所用。因此，研究一套适合于月球环境工况的钻探工艺是十分必要的。

质量和动力约束是月壤钻探取心(样)机具设计的核心，超声波钻机具有结构紧凑、功耗低、适应温度范围广、无润滑和密封等优点，作为应用于月球探测开发的新型钻机，具有其独特的性能和潜力。通过设计超声波微钻试验台，选定典型部件、典型工况进行实验室模拟评价，是探月工程三期月壤钻探取心(样)机具的基础科学问题。在真空环境下，由于钻具与月壤接触表界面没有气体、水分子、表面吸附等化学或物理悬键的隔离作用，界面间会产生强烈的黏着作用，造成高摩阻和严重磨损；同时，应用于月球钻探超声波微型钻机参数模型复杂，钻头压力、振动频率等参数对钻探效率、取心(样)性能的影响仍处于起步阶段，国内外有关人士对此也在摸索研究之中。为此，以月球钻探采样技术为背景，在模拟月球真空环境下，研究并优化超声波钻机的机构性能与钻进参数，使钻探效率最大化，意义深远。

实用新型内容

为了克服研究月球钻探取心(样)器具物理试验条件的不足,本实用新型提供一种模拟月球钻探用的超声波微钻试验台，本实用新型通过压力传感器返回计算机的压力值，控制驱动系统移动速度，达到恒钻压给进，进而研究给定钻压、钻时下不同表面处理钻具对进尺速度的影响；通过电流/电压传感器，可采集电压波形，研究钻探效率最大化的前提下功率与自由质量单元的关系；通过在真空环境下钻进试验，模拟超声波钻机外太空钻进过程，为优化设计更适合外太空钻探取心(样)的设备提供技术支持。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种模拟月球钻探用的超声波微钻试验台，包括试验台底座，试验台底座左部分设置有丝杆进尺机构，试验台底座右部分设置有与试验台底座垂直固定连接的右丝杆支座和岩样夹具；丝杆进尺机构包括设置在试验台底座左部分的丝杆螺母座和左丝杆支座，丝杆螺母座与试验台底座滑动连接，丝杆螺母座上固定连接有可调整夹持架，可调整夹持架内部夹持有水平设置的超声波钻机，由于试验研究在实验室环境开展，且超声波钻机钻探性能对钻压力参数敏感，将超声波钻机水平放置，避免地表重力对钻压力影响；超声波钻机通过可调整夹持架夹持，在具体实验过程中，方便实时根据实际情况对超声波钻机进行调整、拆卸和安装，以达到实验要求；左丝杆支座上支撑有丝杆，丝杆左端连接有减速器，减速器的输入轴连接电机，电机上设置有电机编码器；丝杆螺纹部分与丝杆螺母座配合连接，丝杆右端连接齿轮轴，齿轮轴右端连接右丝杆支座；通过岩样夹具固定超真空岩样夹持室；超声波钻机右端插入超真空岩样夹持室内部对岩样进行微钻，超真空岩样夹持室的设计可在模拟月球真空环境下，研究超声波钻机对岩样的钻进过程，从而优化设计更适合外太空钻探取心(样)的设备。