滑轨式月壤钻取采样装置关键技术研究

论文摘要

我国“嫦娥”探月三期工程科学目标是取得具有层理品质的月壤样品。月壤钻取采样装置是探月三期工程的重要组成部分,采样装置的采样性能将直接影响到能否完成月球探测采样任务。本文在对比国内外采样装置方案的基础上,根据采样目标,确定滑轨式钻取采样装置方案。为了研究取芯采样和取芯用钻杆及其芯管的结构,应用SolidWorks设计实验平台的构架、传动系统和钻具,并基于51单片机,利用Protel和Keil设计控制系统,研制模拟月壤钻探取芯实验平台。针对月球表面特殊环境和月壤这一特殊应用对象,实验平台选用空心钻杆钻探、避让空心结构的传动方式、绳索传动的钻探进给等机构。通过实验的方法,研究取芯机构的结构对采样性能的影响。根据实验结果,设计取芯机构的结构。设计插入法取芯采样,钻入空心钻法取芯采样,可展随动芯管的取芯采样,内翻式软质袋采样,内翻撕膜采样等取芯机构方案,反复进行实验分析验证、改进设计。详细设计内翻式软质袋采样机构、研究软质袋材料特性、设计并改进软质袋的防漏样装置。为进一步研究大尺寸等比例的采样装置及其钻进规程,在模拟月壤钻探取芯实验平台设计和实验经验基础上,设计功能可扩展、状态参数可监控、可采集、可调控、易于操作的大尺寸等比例的模拟月壤钻取采样综合实验台方案。研究制作长钻杆支撑点的设计流程,解决长钻杆的支撑问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外月面采样技术的研究现状
• 1.2.1 国外月面采样技术的研究现状
• 1.2.2 国内月面采样技术的研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 钻探取芯采样实验平台的总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统的总体方案设计
• 2.2.1 我国探月三期工程的任务目标
• 2.2.2 采样系统总体方案对比
• 2.2.3 滑轨式月壤钻取采样装置的方案设计
• 2.3 模拟月壤钻探取芯采样实验平台的研制
• 2.3.1 钻探取芯采样实验平台的总体设计
• 2.3.2 钻取采样系统的总体结构设计
• 2.3.3 钻探电机控制系统设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 钻探取芯采样原理实验及取芯机构研究
• 3.1 引言
• 3.2 取芯采样技术的研究
• 3.2.1 影响芯管采样量因素的讨论研究
• 3.2.2 采样的实验方法
• 3.3 采样实验及钻具改进探讨
• 3.3.1 采样管管径变化对采样的影响
• 3.3.2 采样管壁厚对采样的影响
• 3.3.3 采样管端锥角变化对采样的影响
• 3.4 取芯机构的方案设计
• 3.4.1 采样芯管结构设计
• 3.4.2 内翻式采样芯结构设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 模拟月壤钻取采样综合实验平台的方案设计及研究
• 4.1 引言
• 4.2 模拟月壤钻取采样综合实验平台的方案设计
• 4.2.1 综合实验平台设计的任务目标
• 4.2.2 综合实验平台的基本系统组成方案
• 4.3 细长钻取装置探讨分析
• 4.3.1 细长钻杆的工作状况讨论
• 4.3.2 细长钻杆支撑的设计
• 4.3.3 细长钻杆支撑设计的程序计算
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢