一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道

摘要

一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，内管、移动管和外管由内至外依次套装；移动管能够在内管外壁和外管内壁所成空腔内沿轴线滑动；内管的一端通过导向结构和样品收集容器对接；内管的一端固定有固定支撑环；内管的另一端固定连接密封环；内管、外管和密封环之间形成密闭腔体，外管上设置有气嘴，通过气嘴向密闭腔体内充气，推动密封环、外管沿轴向朝向样品收集容器运动；拉簧提供的张紧力用于在密闭腔体卸除气压后将外管、密封环拉回初始位置。本发明不采用电机、涡卷弹簧等资源需求大、体积和重量大的驱动源，而是利用探测器已有的转移样品用的气源作为驱动源，以很小的工程代价实现了样品通道的建立与避让的技术难题。

权利要求

1.一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，其特征在于，包括：内管(1)、气嘴(2)、密封环(3)、外管(4)、拉簧(6)、移动管(8)和固定支撑环(9)；

内管(1)、移动管(8)和外管(4)由内至外依次套装；

内管(1)和外管(4)之间的相对位置固定，移动管(8)能够在内管(1)外壁和外管(4)内壁所成空腔内沿轴线滑动；

内管(1)的一端通过导向结构和样品收集容器(10)对接形成样品传送通道；

内管(1)的一端固定有固定支撑环(9)，固定支撑环(9)用于对移动管(8)一端的内壁提供支撑；内管(1)的另一端固定连接密封环(3)；

内管(1)、外管(4)和密封环(3)之间形成密闭腔体，外管(4)上设置有气嘴(2)，通过气嘴(2)向所述密闭腔体内充气，推动密封环(3)、移动管(8)沿轴向朝向样品收集容器(10)运动；

拉簧(6)的一端固定连接外管(4)，拉簧(6)的另一端固定连接移动管(8)的一端；

拉簧(6)提供的张紧力用于在所述密闭腔体卸除气压后将外管(4)、密封环(3)拉回初始位置。

2.根据权利要求1所述的一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，其特征在于，移动管(8)的外壁设置有多处滑动支撑环；滑动支撑环的外径和外管(4)的内径间隙配合，滑动支撑环和固定支撑环(9)配合使用，防止移动管(8)绕轴线上任意一点转动。

3.根据权利要求1所述的一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，其特征在于，密闭腔体内的气体来自转移样品用的气源。

4.根据权利要求1所述的一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，其特征在于，移动管(8)与内管(1)之间设置有滑动导向筋，用于限制移动管(8)与内管(1)之间绕轴线的相对转动。

5.根据权利要求1～4任意之一所述的一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，其特征在于：内管(1)内壁采用瓷质阳极氧化处理。

6.根据权利要求5所述的一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，其特征在于，密封环(3)朝向移动管(8)的一侧开有与移动管(8)配合的凹槽，密封环(3)通过凹槽和移动管(8)插接并粘胶固定。

7.根据权利要求6所述的一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，其特征在于，密封环(3)的外壁和内壁开有缺口，用于减小滑动摩擦。

8.根据权利要求7所述的一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，其特征在于，密封环(3)的材料为聚四氟乙烯，固定支撑环(9)的材料为聚四氟乙烯。

9.根据权利要求8所述的一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，其特征在于，滑动支撑环为圆环结构，滑动支撑环的外壁轴向均布有多个齿牙，滑动支撑环多个齿牙外包络的直径和外管(4)的内径间隙配合。

10.根据权利要求9所述的一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，其特征在于，滑动支撑环的材料为聚四氟乙烯。

说明书

一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，属于深空探测技术领域。

背景技术

[0002] 地外天体是人类了解宇宙及太阳系起源演变的重要载体，承载着丰富的科学信息，因此对地外天体进行采样返回具有重要的意义。

[0003] 地外天体采样装置采集获得样品后，需将样品转移传送至样品收集容器。采用气体通过管道将样品转移至样品收集容器，避免了增加额外的样品转移机构参与，整体资源
代价小，是一种较好的样品转移传送方法。但由于样品收集容器入口处设有密封门，样品传
输通道需在密封门打开后方可建立，且密封门的打开和关闭需要动作空间，因此建立样品
传输通道前，样品通道需要与密封门保持一定距离，对密封门的开关动作进行避让，即密封
门打开后样品通道伸缩连接至样品收集容器入口处，密封门关闭前，样品通道收回给密封
门关闭留住避让空间。

[0004] 上述气体传输样品方案和可重复连接样品通道常规机构无法实现，无成熟产品可借鉴，因此，需设计新的可重复连接样品传送通道方案以满足任务需求。

发明内容

[0005] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，实现了样品通道的主动伸展和收拢，通道伸展后可与样品
容器建立连接，保证样品沿通道进入样品收集容器中。本发明不采用电机、涡卷弹簧等资源
需求大、体积和重量大的驱动源，而是利用探测器已有的转移样品用的气源作为驱动源，以
很小的工程代价实现了样品通道的建立与避让的技术难题。

[0006] 本发明的技术方案是：

[0007] 一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，包括：内管、气嘴、密封环、外管、拉簧、移动管和固定支撑环；

[0008] 内管、移动管和外管由内至外依次套装；

[0009] 内管和外管之间的相对位置固定，移动管能够在内管外壁和外管内壁所成空腔内沿轴线滑动；

[0010] 内管的一端通过导向结构和样品收集容器对接形成样品传送通道；

[0011] 内管的一端固定有固定支撑环，固定支撑环用于对移动管一端的内壁提供支撑；内管的另一端固定连接密封环；

[0012] 内管、外管和密封环之间形成密闭腔体，外管上设置有气嘴，通过气嘴向所述密闭腔体内充气，推动密封环、外管沿轴向朝向样品收集容器运动；

[0013] 拉簧的一端固定连接外管，拉簧的另一端固定连接移动管的一端；

[0014] 拉簧提供的张紧力用于在所述密闭腔体卸除气压后将外管、密封环拉回初始位置。

[0015] 移动管的外壁设置有多处滑动支撑环；滑动支撑环的外径和外管的内径间隙配合，滑动支撑环和固定支撑环配合使用，防止移动管绕轴线上任意一点转动。

[0016] 密闭腔体内的气体来自转移样品用的气源。

[0017] 移动管与内管之间设置有滑动导向筋，用于限制移动管与内管之间绕轴线的相对转动。

[0018] 内管内壁采用瓷质阳极氧化处理。

[0019] 密封环朝向移动管的一侧开有与移动管配合的凹槽，密封环通过凹槽和移动管插接并粘胶固定。

[0020] 密封环的外壁和内壁开有缺口，用于减小滑动摩擦。

[0021] 密封环的材料为聚四氟乙烯，固定支撑环的材料为聚四氟乙烯。

[0022] 滑动支撑环为圆环结构，滑动支撑环的外壁轴向均布有多个齿牙，滑动支撑环多个齿牙外包络的直径和外管的内径间隙配合。

[0023] 滑动支撑环的材料为聚四氟乙烯。

[0024] 本发明与现有技术相比的有益效果是：

[0025] 1)创新的可重复连接样品通道方案

[0026] 本发明样品通道方案创新性地利用探测器已有的转移样品用的气源作为样品传送通道建立与断开的驱动源，体积和重量非常小，无需额外引入电机等驱动装置，大大节省
了系统资源。内部结构简单可靠，对气体密封性要求低，工程代价小。

[0027] 2)伸展长度大，刚性好

[0028] 本发明采用多处可分开式支撑导向环作为样品通道伸出段的支撑环节，相对普通两点式支撑，该方式大大提高了支撑刚度和可伸展长度，对接精度，在断开通道时，与样品
容器保持较远距离，不干涉样品容器入口处的开关动作。

[0029] 3)通道口径可设计，适应性广泛

[0030] 本发明根据不同的采样装置布局和样品粒径特性，可重复连接样品传送通道内径可代价很小地做适应性调整，核心设计环节和设计参数不受影响，方案的功能实现和性能
指标保持不变，具有广泛的适应性。

[0031] 4)具有可重复使用性

[0032] 本发明可重复连接样品传送通道采用气体作为动力源，通入气体时通道伸出并建立通道，断开气体后通道被回位弹簧拉回，随即通道断开。该动作为可重复动作，可满足采
样器多次采样和样品传输动作。

[0033] 5)空间适应性强

[0034] 本发明可重复连接样品传送通道方案内径结构简单，对密封性要求不高，内部间隙较大，具有较好地高低温环境适应性，且无需施加热控措施；同时，该可重复连接样品传
送通道方案能够适应大量级振动试验。具有较好地空间适应性和可靠性。

附图说明

[0035] 图1为本发明一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道‑通道断开示意图；

[0036] 图2为本发明一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道‑通道连接状态示意图；

[0037] 图3为本发明“凹”字形密封环轴向剖视图；

[0038] 图4为本发明供气曲线图；

[0039] 图5为本发明滑动支撑环轴向示意图；

[0040] 图6为本发明滑动支撑环轴侧图。

具体实施方式

[0041] 本发明为一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道，样品传动通道与样品收集容器间可在主动控制下重复连接与断开，利用已有气源作为样品传送通道建立与
断开的驱动源，体积和重量非常小，且大大节省了系统资源。本发明同样适用于其它具有类
似样品传送需求的地面装备。

[0042] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。

[0043] 本发明一种适用于地外天体采样的可重复连接样品传送通道如图1所示，包括：内管1、气嘴2、密封环3、外管4、拉簧6、移动管8和固定支撑环9。

[0044] 内管1、移动管8和外管4由内至外依次套装；内管1和外管4之间的相对位置固定，移动管8能够在内管1外壁和外管4内壁所成空腔内沿轴线滑动；

[0045] 内管1的一端通过导向结构和样品收集容器10对接形成样品传送通道，如图2所示。内管1的一端固定有固定支撑环9，固定支撑环9用于对移动管8一端的内壁提供支撑，同
时固定支撑环9起到限位作用，防止移动管8伸出过长，从内管1、外管4之间脱出；内管1的另
一端固定连接密封环3；

[0046] 内管1、外管4和密封环3之间形成密闭腔体，外管4上设置有气嘴2，通过气嘴2向所述密闭腔体内充气，推动密封环3、外管4沿轴向朝向样品收集容器10运动；

[0047] 拉簧6的一端固定连接外管4，拉簧6的另一端固定连接移动管8的一端；拉簧6提供的张紧力用于在所述密闭腔体卸除气压后将外管4、密封环3拉回初始位置。

[0048] 移动管8的外壁设置有多处滑动支撑环；滑动支撑环的外径和外管4的内径间隙配合，滑动支撑环和固定支撑环9配合使用，防止移动管8绕轴线上任意一点转动即，保证内管
1、移动管8和外管4三者之间的同心度。滑动支撑环包括：滑动支撑环A5、滑动支撑环B7。

[0049] 密闭腔体内的气体来自转移样品用的气源。

[0050] 移动管8与内管1之间设置有滑动导向筋，用于限制移动管8与内管1之间绕轴线的相对转动。内管1内壁采用瓷质阳极氧化处理。密封环3朝向移动管8的一侧开有与移动管8
配合的凹槽，密封环3通过凹槽和移动管8插接并粘胶固定。密封环3的外壁和内壁开有缺
口，用于减小滑动摩擦，如图3所示。密封环3的材料为聚四氟乙烯，固定支撑环9的材料为聚
四氟乙烯。移动管8的材料为铝合金。滑动支撑环为圆环结构，滑动支撑环的外壁轴向均布
有多个齿牙，如图5、6所示，滑动支撑环多个齿牙外包络的直径和外管4的内径间隙配合。滑
动支撑环的材料为聚四氟乙烯。

[0051] 实施例

[0052] 1)可重复连接样品传送通道总体方案设计

[0053] 内管1、外管4和密封环3组成密封腔体，气体由气嘴2进入密封腔体，驱动移动管8向外移动。移动管8向外移动过程中，拉簧6被拉长，固定支撑环9始终对移动管8内壁滑动支
撑，滑动支撑环A5和滑动支撑环B7与外管4内壁滑动支撑配合，直至移动管8与样品收集容
器10完成对接，从而建立贯通通道，实现样品传输。样品传输完毕后，停止供气，内管1、外管
4和密封环3组成的密封腔体内泄压，从而失去对移动管8的推力，移动管8在拉簧6的作用下
恢复至初始位置。

[0054] 内管1内壁采用瓷质阳极氧化处理，可提高硬度和耐磨性，减小内管1内壁与样品接触时的磨损。

[0055] 2)随动支撑导向设计

[0056] 滑动支撑环A5和滑动支撑环B7安装于移动管8上，可在伸缩通道展开时对移动管8起到辅助支撑的作用，增加了样品传送通道中移动管8伸展过程中以及通道连接后的刚性，
提高了与样品收集容器10对接精度，减小了通道连接后传输样品过程中样品撞击内管1内
壁产生的抖动和不稳定。

[0057] 3)“凹”字形密封环设计

[0058] 密封环3与外管4内部和内管1外壁滑动配合。滑动配合面采用“凹”字形内外壁的配合面，保持密封性能的同时减小摩擦，设计，既不影响密封效果，由又减小了密封环3与外
管4滑动摩擦时的摩擦阻力。

[0059] 滑动支撑环A5、滑动支撑环B7采用花瓣形结构，如图5、6所示，在保证与4外管内壁滑动导向的同时，减小滑动摩擦阻力，从而减小所需推动气压。

[0060] 4)两端缓冲设计

[0061] 样品传送通道中移动管8伸展到位时，通过控制气压推力与弹簧拉力间关系，使移动管8与样品收集容器10接触前减速时起到了缓冲作用，样品传送通道中移动管8收拢到位
时，密封环3与外管4端面接触，起到了缓冲作用。

[0062] 移动管8伸展时，按下述供气曲线供气，如图4所示。其中：供气压力P0、P1根据通道口径大小、密封环3截面尺寸、弹簧拉力以及摩擦负载情况确定；T0与T1之间的时间间隔由
通道长度决定；T2与T1之间的时间间隔为0.5s，为移动管8与样品收集容器10减速接触过
程；T3与T2之间的时间间隔由传输样品持续时间决定。

[0063] 5)样品通道与样品收集容器锥形导向对接设计

[0064] 移动管8前端和样品收集容器10前端均设有锥形导向结构，当二者开始接触并对接时，通过锥段导向，实现样品通道与样品收集容器10的精准对接。

[0065] 6)防回转设计

[0066] 移动管8与内管1之间设有滑动导向筋，保证样品通道在伸展和收拢过程中不会发生回转。

[0067] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。