超声波/声波钻探器的设计与试验  

Design and Experiment of Ultrasonic/Sonic Drilling Device

作　　者：陈超[1] 杨康[1] 

机构地区：[1]南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016

出　　处：《振动．测试与诊断》2013年第2期252-257,339,共6页Journal of Vibration,Measurement & Diagnosis

基　　金：国家自然科学基金资助项目(50975135);南京航空航天大学科研基地创新创优基金资助项目(NJ2011001)

摘　　要：为了满足深空探测中钻探取样的需求,提出了一种基于超声波/声波能量耦合机理的新型钻探器,对其进行结构动力学分析和参数化设计。考虑接触边界条件,建立了超声波/声波钻探器冲击动力学模型,利用显式算法对钻探过程中的应力分布进行了分析。根据分析结果确定了设计方案,对压电换能器进行了模态试验,并利用高速摄影系统对自由质量的运动进行分析,对样机进行了钻探试验,得到了相应的钻探性能,初步得到了自由质量的运动规律与钻探性能的关系。试验结果表明,通过配备恰当的自由质量,可以获得较好的钻探效果,在深空探测方面具有一定的实用价值。In order to get rock sampling in planetary exploration program.A vibro-impact drilling device based on the ultrasonic/acoustic energy coupling mechanism is presented,structural dynamics analysis and parametric design of which are carried out.Considering contact boundary conditions,the ultrasonic/sonic impact dynamics model,which uses dynamic explicit to analyse the stress in drilling process,is established.According to the results of analysis,the experiments of the modal test and the movement of free mass using high-speed photography system are carried out.The relationship between the motion of the free mass and the drilling performance can be got.The drilling experiments show that it can get rock sampling well in planetary exploration program with a suitable free mass.

关 键 词：超声波 声波 振动冲击 压电效应 

分 类 号：TM356[电气工程—电机] V19[航空宇航科学与技术—人机与环境工程]