本發(fā)明屬于星球探測(cè)器領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種撞擊式穿入器。

背景技術(shù)：

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)星球的演變充滿好奇，對(duì)資源的探測(cè)日益迫切。近幾十年來(lái)，大量的航天器發(fā)射，用于探測(cè)外太空，這些先導(dǎo)的任務(wù)極大地增加了人類對(duì)星球的認(rèn)知。但大都是通過(guò)在軌衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，下一步重要的探測(cè)任務(wù)是直接探測(cè)星球的地質(zhì)特性。

對(duì)星球的結(jié)構(gòu)、化學(xué)、電磁場(chǎng)、熱能以及礦物特性的分析，需要對(duì)其進(jìn)行采樣。傳統(tǒng)技術(shù)通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉆來(lái)進(jìn)行采樣，需要專門的設(shè)備來(lái)提供正壓力實(shí)現(xiàn)鉆取。在鉆取過(guò)程中，探測(cè)車需要保持靜止，降低了工作效率；且設(shè)備較龐大，無(wú)疑增加了航天器的成本和發(fā)射難度。

隨著人類對(duì)星球的頻繁探測(cè)，低質(zhì)量，小體積，低成本，高效率和高可靠性是優(yōu)先考慮的。因此，需要一種撞擊式穿入器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了滿足對(duì)星球進(jìn)行地質(zhì)探測(cè)的要求，本發(fā)明的目的在于提供一種撞擊式穿入器。該撞擊式穿入器體積小、質(zhì)量輕、機(jī)構(gòu)巧妙，工作穩(wěn)定可靠，采用自驅(qū)動(dòng)方式，放置目的區(qū)域，即可在自身驅(qū)動(dòng)力下穿入星球表面，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)線傳回至探測(cè)車。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括外殼及位于該外殼內(nèi)的沖擊錘和質(zhì)量塊，其中沖擊錘包括驅(qū)動(dòng)彈簧、拉錘螺釘、鎖扣及沖擊塊，該拉錘螺釘與鎖扣均容置于沖擊塊內(nèi)，所述拉錘螺釘?shù)南露舜┻^(guò)鎖扣并與沖擊塊相連，所述鎖扣通過(guò)該拉錘螺釘與沖擊塊連動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)彈簧的下端插入沖擊塊內(nèi)、并與沖擊塊的內(nèi)部相抵接；所述質(zhì)量塊包括電機(jī)固定殼、動(dòng)力源、傳動(dòng)器、釋放套管、螺紋桿及擒縱套管，該釋放套管的上端與電機(jī)固定殼的下端連接，所述驅(qū)動(dòng)彈簧的上端套在釋放套管外、并抵接于釋放套管的上端，所述螺紋桿可沿軸向相對(duì)移動(dòng)地容置于釋放套管中，該螺紋桿的上端通過(guò)傳動(dòng)器與安裝在電機(jī)固定殼內(nèi)的所述動(dòng)力源相連、由動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下升降，所述螺紋桿的下端與所述擒縱套管的上端連接，該擒縱套管的下端為供所述拉錘螺釘上端插入的空間，所述空間的兩側(cè)為對(duì)稱設(shè)置的具有彈性的擒縱桿，所述擒縱套管由螺紋桿帶動(dòng)升降，具有彈性的所述擒縱桿在下降過(guò)程中插入鎖扣內(nèi)，并在上升過(guò)程中帶動(dòng)所述沖擊錘同步上升并壓縮驅(qū)動(dòng)彈簧，所述擒縱桿在升至與釋放套管接觸并受擠壓后與鎖扣脫離，所述沖擊錘在驅(qū)動(dòng)彈簧的彈力作用下向下運(yùn)動(dòng)撞擊外殼；

其中：所述電機(jī)固定殼的上端安裝有擋片及防松螺母，該擋片及防松螺母位于外殼內(nèi)設(shè)的一阻擋部上方，在電機(jī)固定殼的上端套設(shè)有制動(dòng)彈簧，該制動(dòng)彈簧的一端抵接于所述阻擋部，另一端抵接于所述電機(jī)固定殼上，所述電機(jī)固定殼與外殼可沿軸向相對(duì)移動(dòng)，通過(guò)所述擋片與外殼內(nèi)的阻擋部實(shí)現(xiàn)二次撞擊；所述外殼包括依次相連的尾部端蓋、末端載荷艙、碳纖維管及首端鉆頭，該末端載荷艙的下端即為所述阻擋部，所述電機(jī)固定殼的上端由末端載荷艙的下端穿出，安裝所述擋片及防松螺母；所述末端載荷艙內(nèi)安裝有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備的電線通過(guò)所述電機(jī)固定殼上端開(kāi)設(shè)的通孔穿過(guò)，并與所述動(dòng)力源電連接；所述首端鉆頭的內(nèi)孔輪廓與沖擊塊的外輪廓一致，均為上部圓柱、下部錐臺(tái)，所述首端鉆頭與沖擊塊之間為間隙配合；

所述沖擊塊內(nèi)設(shè)階梯孔，該階梯孔底部為螺紋孔a，所述拉錘螺釘?shù)南露酥朴信c該螺紋孔a螺紋連接的螺紋，在螺紋收尾處設(shè)有將所述鎖扣與沖擊塊固定在一起的軸肩；所述鎖扣為帶有內(nèi)腔的回轉(zhuǎn)體、兩端均開(kāi)口，所述內(nèi)腔為沿徑向向外開(kāi)設(shè)，所述軸肩抵接于鎖扣下端開(kāi)口的止口處；

每側(cè)具有彈性的所述擒縱桿的下端均呈“凹”型，該“凹”型的兩側(cè)分別為凸塊a及凸塊b，所述凸塊b為倒圓角的方形結(jié)構(gòu)，在所述擒縱桿帶動(dòng)沖擊錘同步上升時(shí)凸塊b與鎖扣抵接；所述釋放套管上端外表面沿圓周方向均布有多個(gè)凸起，該凸起安裝在電機(jī)固定殼下端開(kāi)設(shè)的凹槽處，所述釋放套管的上端設(shè)有支撐傳動(dòng)器的階梯內(nèi)孔，所述擒縱桿的下端運(yùn)動(dòng)至與釋放套管的下端接觸后通過(guò)該釋放套管的擠壓與鎖扣脫離；

所述傳動(dòng)器包括傳動(dòng)軸、配重塊、端部軸承及傳動(dòng)軸軸承，該配重塊套設(shè)在傳動(dòng)軸外部，所述傳動(dòng)軸的上下兩端分別由配重塊穿出，并分別通過(guò)傳動(dòng)軸軸承與電機(jī)固定殼轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述傳動(dòng)軸的下端部通過(guò)端部軸承與釋放套管轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述傳動(dòng)軸開(kāi)有內(nèi)螺紋孔，所述螺紋桿通過(guò)與該內(nèi)螺紋孔螺紋連接實(shí)現(xiàn)在傳動(dòng)軸內(nèi)升降；所述傳動(dòng)軸的上端部開(kāi)有供動(dòng)力源輸出軸插入的電機(jī)軸孔，側(cè)面開(kāi)有螺紋孔b；所述動(dòng)力源為裝有減速箱的直流電機(jī)，在減速箱與傳動(dòng)軸之間設(shè)有電機(jī)固定臺(tái)，該電機(jī)固定臺(tái)設(shè)有光孔a，所述減速箱通過(guò)插入光孔a中的螺釘與電機(jī)固定臺(tái)連接，所述電機(jī)固定臺(tái)的側(cè)面分別設(shè)有螺紋孔c及光孔b，傳動(dòng)軸上端插入電機(jī)固定臺(tái)內(nèi)，通過(guò)依次插入光孔b、螺紋孔b的緊定螺釘與電機(jī)固定臺(tái)相連，所述螺紋孔c通過(guò)電機(jī)固定螺釘與電機(jī)固定殼連接。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為：

1.本發(fā)明采用自驅(qū)動(dòng)方式，在沖擊力作用下穿入星球表面，不需要在探測(cè)車上安裝專門的設(shè)備提供正壓力，不會(huì)產(chǎn)生影響探測(cè)車性能的機(jī)械振動(dòng)。

2.本發(fā)明以軸向運(yùn)動(dòng)為運(yùn)動(dòng)形式，對(duì)能量的利用率高于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式鉆頭；在工作過(guò)程中，不會(huì)有切削熱量的產(chǎn)生。

3.本發(fā)明設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，沖擊錘與外殼發(fā)生碰撞產(chǎn)生向下運(yùn)動(dòng)，且質(zhì)量塊與外殼也會(huì)發(fā)生碰撞，一個(gè)周期內(nèi)，產(chǎn)生兩次碰撞，實(shí)驗(yàn)效果更佳，運(yùn)動(dòng)效率更高。

4.本發(fā)明設(shè)計(jì)的擒縱套管，實(shí)現(xiàn)了最大程度的驅(qū)動(dòng)力，其疲勞強(qiáng)度壽命長(zhǎng)。整體結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高。

5.本發(fā)明設(shè)計(jì)的釋放套管，實(shí)現(xiàn)了擒縱套管與鎖扣的自動(dòng)脫扣。

6.本發(fā)明內(nèi)部的傳動(dòng)器上設(shè)計(jì)有配重塊，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)調(diào)整配重塊可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作性能。

7.本發(fā)明的末端載荷艙可以對(duì)星球的地質(zhì)特性進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)無(wú)線將采集數(shù)據(jù)傳回探測(cè)車進(jìn)行處理。

8.本發(fā)明體積小，質(zhì)量輕，成本低，提高了探測(cè)效率，一定程度上降低了航天器的發(fā)射難度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體裝配示意圖；

圖2為本發(fā)明沖擊錘的剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明擒縱套管的剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明釋放套管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明釋放套管的剖面示意圖；

圖6為本發(fā)明電機(jī)的裝配示意圖；

圖7為本發(fā)明傳動(dòng)器的裝配示意圖；

其中：1為緊定螺釘，2為末端載荷艙，3為擋片，4為電機(jī)固定殼，5為電機(jī)固定臺(tái)，6為配重塊，7為端部軸承，8為驅(qū)動(dòng)彈簧，9為拉錘螺釘，10為沖擊塊，11為尾部端蓋，12為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，13為防松螺母，14為制動(dòng)彈簧，15為碳纖維管，16為直流電機(jī)，17為減速箱，18為螺釘，19為傳動(dòng)器，20為傳動(dòng)軸，21為傳動(dòng)軸軸承，22為釋放套管，23為螺紋桿，24為擒縱套管，25為鎖扣，26為首端鉆頭，27為電機(jī)固定螺釘，28為螺紋桿固定螺釘，29為螺紋孔a，30為軸肩，31為內(nèi)腔，32為擒縱桿，33為凸起，34為凸塊a，35為凸塊b，36為電機(jī)軸孔，37為螺紋孔b。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

如圖1所示，本發(fā)明包括外殼及位于該外殼內(nèi)的沖擊錘和質(zhì)量塊，其中外殼包括尾部端蓋11、末端載荷艙2、碳纖維管15及首端鉆頭26，尾部端蓋11有徑向均布的三個(gè)螺紋孔d，末端載荷艙2的上端沿圓向均布了與螺紋孔d數(shù)量相同的通孔，尾部端蓋11上的螺紋孔d與末端載荷艙2上的通孔一一對(duì)應(yīng)，并通過(guò)緊定螺釘1進(jìn)行連接；末端載荷艙2為階梯狀，下端與碳纖維管15的上端內(nèi)孔配合，使用環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行粘結(jié)，首端鉆頭26與碳纖維管15下端的內(nèi)孔配合，使用環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行粘結(jié)。在末端載荷艙2中容置有實(shí)驗(yàn)設(shè)備12，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備12與尾部端蓋11通過(guò)螺釘連接；本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)設(shè)備12包括熱流計(jì)、磁力計(jì)、濕度傳感器、密度計(jì)及輻射傳感器等，尾部端蓋11與實(shí)驗(yàn)設(shè)備12連接，遠(yuǎn)離承受力大的區(qū)域，大的撞擊力對(duì)設(shè)備影響較小。

如圖2～5所示，沖擊錘包括驅(qū)動(dòng)彈簧8、拉錘螺釘9、鎖扣25及沖擊塊10，沖擊塊10是內(nèi)部為階梯孔的薄壁件，階梯孔的底部為螺紋孔a29；拉錘螺釘9及鎖扣25均容置于沖擊塊10內(nèi)，鎖扣25為一含有內(nèi)腔31的回轉(zhuǎn)體零件，兩端均開(kāi)口，內(nèi)腔31為沿徑向向外開(kāi)設(shè)。拉錘螺釘9的下端制有與螺紋孔a29螺紋連接的螺紋，在螺紋收尾處設(shè)有軸肩30；本實(shí)施例的軸肩30為對(duì)稱的兩個(gè)，兩軸肩30之間的連線與拉錘螺釘9的軸向中心線垂直相交。拉錘螺釘9的下端由鎖扣25穿出后與螺紋孔a29螺紋連接，軸肩30抵接于鎖扣25下端開(kāi)口的止口處，將鎖扣25與沖擊塊10固定在一起，使鎖扣25與沖擊塊10連動(dòng)。驅(qū)動(dòng)彈簧8的下端插入沖擊塊10的螺紋孔a29內(nèi)、并與沖擊塊10的內(nèi)部相抵接，從而與碳纖維管15隔離。首端鉆頭26的內(nèi)孔輪廓與沖擊塊10的外輪廓一致，均為上部圓柱、下部錐臺(tái)，首端鉆頭26與沖擊塊10之間為間隙配合，保證撞擊的可靠性。

質(zhì)量塊包括防松螺母13、擋片3、制動(dòng)彈簧14、電機(jī)固定殼4、動(dòng)力源、電機(jī)固定臺(tái)5、傳動(dòng)器19、釋放套管22、螺紋桿23及擒縱套管24，本實(shí)施例的動(dòng)力源為裝有減速箱17的直流電機(jī)16。電機(jī)固定殼4為薄壁件，上端由外殼內(nèi)設(shè)的一阻擋部穿過(guò)、并安裝擋片3及防松螺母13；本實(shí)施例的末端載荷艙2的下端即為阻擋部，電機(jī)固定殼4的上端由末端載荷艙2的下端穿出，擋片3及防松螺母13位于末端載荷艙2下端的上方，起導(dǎo)向作用。電機(jī)固定殼4的上端開(kāi)設(shè)有通孔，實(shí)驗(yàn)設(shè)備12與直流電機(jī)16之間的電線由該通孔穿過(guò)。在電機(jī)固定殼4的上端套設(shè)有制動(dòng)彈簧14，該制動(dòng)彈簧14的一端抵接于末端載荷艙2，另一端抵接于電機(jī)固定殼4上。

釋放套管22上端外表面沿圓周方向均布有多個(gè)凸起33(本實(shí)施例的凸起33為兩個(gè))，該凸起33安裝在電機(jī)固定殼4下端開(kāi)設(shè)的凹槽處，約束電機(jī)固定殼4在工作過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)自由度。由于驅(qū)動(dòng)彈簧8的勁度系數(shù)較大，在初始狀態(tài)下，可約束釋放套管22在運(yùn)動(dòng)方向自由度。釋放套管22的上端部加工有階梯內(nèi)孔，支撐傳動(dòng)器19。驅(qū)動(dòng)彈簧8的上端套在釋放套管22外，抵接于釋放套管22的上端。

螺紋桿23可沿軸向相對(duì)移動(dòng)地容置于釋放套管22中，該螺紋桿23的上端通過(guò)傳動(dòng)器19與帶有減速箱17的直流電機(jī)16相連、由直流電機(jī)16的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下升降，螺紋桿23的下端與擒縱套管24的上端連接，該擒縱套管24的下端為供拉錘螺釘9上端插入的空間，空間的兩側(cè)為對(duì)稱設(shè)置的具有彈性的擒縱桿32。每側(cè)具有彈性的擒縱桿32的下端均呈“凹”型，該“凹”型的兩側(cè)分別為凸塊a34及凸塊b35，凸塊b35為倒圓角的方形結(jié)構(gòu)，在擒縱桿32帶動(dòng)沖擊錘同步上升時(shí)凸塊b35與鎖扣25內(nèi)腔31上方形成的止口抵接。在擒縱套管24嵌入到鎖扣25的內(nèi)腔31的過(guò)程中，擒縱套管24的下端行程為與拉錘螺釘9上的軸肩30抵接，故軸肩30對(duì)擒縱套管24起導(dǎo)向作用，同時(shí)保證在進(jìn)程或回程中不會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)脫扣。擒縱套管24向下的過(guò)程中，在軸向力作用下，兩側(cè)擒縱桿32末端為倒圓角方形結(jié)構(gòu)的凸塊b35與鎖扣25發(fā)生擠壓，將兩側(cè)的擒縱桿32沿徑向向內(nèi)壓縮，從而使凸塊b35嵌入到鎖扣25的內(nèi)腔31中，然后擒縱桿32在自身彈性的作用下復(fù)位，凸塊a34及凸塊b35分別位于鎖扣25上端開(kāi)口的上下兩側(cè)，凸塊a34的徑向最外端位于釋放套管22下端內(nèi)孔孔徑之外，擒縱套管24與加工有對(duì)應(yīng)孔的釋放套管22配合，將直流電機(jī)16的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍芸v套管24的軸向運(yùn)動(dòng)。在擒縱套管24的上端攻有內(nèi)螺紋孔，與螺紋桿23的下端配合；擒縱套管24的兩側(cè)面加工有兩個(gè)螺紋孔e，在螺紋桿23安裝后，通過(guò)螺紋桿固定螺釘28進(jìn)行固定。擒縱桿32的下端運(yùn)動(dòng)至與釋放套管22的下端接觸后，釋放套管22的下端與擒縱桿32的下端發(fā)生擠壓，將兩側(cè)的擒縱桿32沿徑向向內(nèi)壓縮，使擒縱套管24與鎖扣25脫離。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)彈簧8達(dá)到最大壓縮量，在彈力作用下，釋放沖擊錘。

如圖1、圖6及圖7所示，傳動(dòng)器19包括傳動(dòng)軸20、配重塊6、一個(gè)端部軸承7及兩個(gè)傳動(dòng)軸軸承21，該配重塊6套設(shè)在傳動(dòng)軸20外部，傳動(dòng)軸20的上下兩端分別由配重塊6穿出，并分別通過(guò)傳動(dòng)軸軸承21與電機(jī)固定殼4轉(zhuǎn)動(dòng)連接；傳動(dòng)軸軸承21支撐傳動(dòng)軸，減小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，降低能量損失。配重塊6裝在兩個(gè)傳動(dòng)軸軸承21之間，通過(guò)調(diào)整配重塊6的質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)效果。傳動(dòng)軸20的下端部通過(guò)端部軸承7與釋放套管22上端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，端部軸承7安裝在釋放套管22上端開(kāi)設(shè)的階梯內(nèi)孔中，避免運(yùn)動(dòng)干涉。傳動(dòng)軸20攻有內(nèi)螺紋孔，螺紋桿23與該內(nèi)螺紋孔配合(螺紋連接)實(shí)現(xiàn)在傳動(dòng)軸20內(nèi)軸向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)擒縱套管24及沖擊錘沿軸向的直線運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)軸20的上端部加工有與直流電機(jī)軸配合的電機(jī)軸孔36，供直流電機(jī)16的電機(jī)軸插入，側(cè)面開(kāi)有螺紋孔b37，安裝電機(jī)固定螺釘27實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)16與傳動(dòng)軸20的連接。流電機(jī)16與減速箱17固連在一起，在減速箱17與傳動(dòng)軸20之間設(shè)有電機(jī)固定臺(tái)5。該電機(jī)固定臺(tái)5設(shè)有兩個(gè)光孔a，減速箱17通過(guò)插入光孔a中的螺釘18與電機(jī)固定臺(tái)5固接；電機(jī)固定臺(tái)5的側(cè)面分別沿徑向設(shè)有兩個(gè)螺紋孔c及一個(gè)光孔b，傳動(dòng)軸20上端插入電機(jī)固定臺(tái)5內(nèi)，通過(guò)依次插入光孔b、螺紋孔b37的緊定螺釘與電機(jī)固定臺(tái)5相連，電機(jī)固定螺釘27由螺紋孔c插入，將電機(jī)固定殼4與電機(jī)固定臺(tái)5連接在一起，約束電機(jī)固定殼4旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的質(zhì)量塊可相對(duì)于外殼沿軸向運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的工作原理為：

直流電機(jī)16正轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸20旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺紋桿23及擒縱套管24向下運(yùn)動(dòng)，具有彈性的擒縱桿32與鎖扣25發(fā)生接觸擠壓，并嵌入鎖扣25的內(nèi)腔31中，擒住沖擊錘。此時(shí)，直流電機(jī)16反轉(zhuǎn)，擒縱套管24拉著沖擊錘向上運(yùn)動(dòng)，并壓縮驅(qū)動(dòng)彈簧8。當(dāng)擒縱套管24與釋放套管22發(fā)生擠壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)彈簧8達(dá)到最大壓縮量，在釋放套管22的作用下，擒縱套管24與鎖扣25發(fā)生脫扣。在驅(qū)動(dòng)彈簧8的彈力作用下，沖擊錘向下運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量塊向上運(yùn)動(dòng)，由于質(zhì)量塊質(zhì)量是其他部分的數(shù)倍，具有大的慣性，且尾部裝有制動(dòng)彈簧14，故向上運(yùn)動(dòng)量較小，此方向運(yùn)動(dòng)量可以忽略。沖擊錘在驅(qū)動(dòng)彈簧8的彈力作用下，與外殼發(fā)生碰撞，在大峰值瞬態(tài)沖擊力作用下，整體向下運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，由于質(zhì)量塊向上有一定運(yùn)動(dòng)量，在自身重力作用下，向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)擋片3與外殼發(fā)生二次碰撞，增大在數(shù)值方向運(yùn)動(dòng)量，效果更佳。