[发明专利]一种模拟微重力钻探的测试装置及其测试方法

说明书

本发明涉及一种模拟微重力钻探的测试装置及其测试方法，包括框架、重力补偿系统及试验桶，重力补偿系统包括给进电机、给进卷扬、定滑轮组、动滑轮组、死绳定滑轮及死绳固定滑轮，给进电机、给进卷扬、定滑轮组、死绳定滑轮及死绳固定滑轮分别安装在框架上，钢丝绳A的一端缠绕在给进卷扬的卷扬滚筒上，另一端由定滑轮组、动滑轮组、死绳定滑轮绕过后缠绕在死绳固定滑轮上，动滑轮组的下方通过钢丝绳B连接有钻探设备；框架内放置有试验桶A，给进电机带动给进卷扬的轴旋转，进而带动卷扬滚筒上缠绕的钢丝绳A收紧或放松，从而拖曳钻探设备在试验桶A中提升或下落。本发明可实现低速和高速冲击钻探的微重力环境地面模拟试验。

技术领域

本发明属于地外天体表壤钻探微重力模拟领域，具体地说是一种模拟微重力钻探的测试装置及其测试方法。

背景技术

地外天体拥有丰富的矿产资源，具有广阔的开发前景。通过遥测数据可以获取关于地外天体的一定数据，而获取土壤样本才是了解环境和土壤特征的最直接的证据。钻取样本技术作为最有效的样本采样技术被广泛用于行星探测。钻取采样借助采样钻具的回转和进尺耦合运动可相对高效、便捷、稳定地去除表面涂层，在获取沿深度方向表壤样品的同时，可减少对周围原位表壤的破坏。

人类大多使用机械装置模拟太空的微重力环境。目前，这些装置的原理概括分为如下几种：利用自身的重力产生自由落体运动(落塔)，利用地心引力产生绕地球的轨道运动(失重飞机)；利用平衡力补偿重力。采用前两种方法能够获得补偿精度在十分之一到万分之一重力加速度的失重环境，但是成本较高，补偿时间较短。采用平衡力补偿重力的方法，例如气体浮力法和液体浮力法也不适用于钻探过程。

发明内容

针对现有模拟太空微重力环境装置存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种模拟微重力钻探的测试装置及其测试方法。该测试装置解决了目前地面钻探过程中无法模拟微重力环境的问题，完成用于地外天体钻探设备的地面微重力环境模拟实验。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的测试装置包括框架、重力补偿系统及试验桶，其中重力补偿系统包括给进电机、给进卷扬、定滑轮组、动滑轮组、死绳定滑轮及死绳固定滑轮，该给进电机、给进卷扬、定滑轮组、死绳定滑轮及死绳固定滑轮分别安装在框架上，钢丝绳A的一端缠绕在所述给进卷扬的卷扬滚筒上，另一端由所述定滑轮组、动滑轮组、死绳定滑轮绕过后缠绕在死绳固定滑轮上，所述动滑轮组的下方通过钢丝绳B连接有钻探设备；所述框架内放置有试验桶A，所述给进电机带动给进卷扬的轴旋转，进而带动所述卷扬滚筒上缠绕的钢丝绳A收紧或放松，从而拖曳所述钻探设备在试验桶A中提升或下落；

其中：所述死绳固定滑轮上安装有实时反馈给进电机拖动钢丝绳A产生拉力的压力传感器；

所述定滑轮组包括多个定滑轮，所述动滑轮组包括数量与定滑轮相同的动滑轮，所述钢丝绳A交替绕过定滑轮及动滑轮；

所述定滑轮组包括安装座A、定滑轮轴及多个定滑轮，该安装座A固定于所述框架的横梁上，所述安装座A上安装有定滑轮轴，各定滑轮分别转动安装在该定滑轮轴上；

所述动滑轮组包括安装座B、动滑轮轴及多个动滑轮，该安装座B位于定滑轮组的下方，所述安装座B上安装有动滑轮轴，各动滑轮分别转动安装在该动滑轮轴上；

所述安装座B包括位于各动滑轮两侧的安装板及用于连接两侧安装板的螺栓，两侧所述安装板的下端设有用于与钢丝绳B连接的连接柱；

所述框架包括安装架及支撑架A，该安装架位于支撑架A的上部，所述给进电机及给进卷扬安装在支撑架A上，所述定滑轮组、死绳定滑轮及死绳固定滑轮分别安装在安装架上；

所述支撑架A的底部通过角块与另一支撑架B连接，实现扩展；所述试验桶A的底部通过卡箍与另一试验桶B连接，实现扩展；

本发明模拟微重力钻探的测试装置的测试方法为：