CN103847984A - 一种可重复模拟失重环境的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重复模拟失重环境的试验装置，该试验装置包括一主体支架、导轨、下落装置、卷扬机和电磁吸盘装置，所述导轨设置在所述主体支架的侧面，且所述下落装置通过若干滑块安装设置在所述导轨上；所述电磁吸盘装置通过电磁吸力与所述下落装置连接，且所述下落装置连接一试验本体；所述卷扬机设置在所述主体支架的一侧，所述卷扬机的输出轴连接一钢丝绳，且所述钢丝绳与所述电磁吸盘装置连接；通过所述卷扬机带动所述钢丝绳提升或降低所述下落装置，并且在该导轨底端设置用于缓冲下落装置和试验本体的缓冲器。从而使该试验装置有效实现失重环境模拟，其使用效果较佳，并且该试验装置的重复性和响应性较高。

Description

一种可重复模拟失重环境的试验装置

技术领域

本发明涉及模拟环境的航天领域，尤其涉及一种可重复模拟失重环境的试验装置。

背景技术

随着中国科学技术的迅速发展，失重环境在航天领域有广泛的运用需求，目前较多的失重环境模拟设施结构复杂、庞大，操作性、维修性和通用性均较差，主要运用在航天员的训练方面，由于受失重环境模拟实施方式和高成本造价的限制，使得现有较多的失重环境模拟的技术和设施很少运用到产品试验方面，而失重环境在试验方面运用的现有技术和专用设施较少，造成很多有在轨失重状态下功能验证需求的航天产品很难进行地面模拟验证试验，一定程度的限制了航天科技技术的发展。

因此，有必要提出一种结构简单，能够实现失重环境在轨运行的可重复模拟失重环境的试验装置。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种结构简单，具有低摩擦技术、电磁技术，并在重力作用下在轨运行完成失重环境模拟的可重复模拟失重环境的试验装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种可重复模拟失重环境的试验装置，该试验装置包括一主体支架、导轨、下落装置、卷扬机和电磁吸盘装置，所述导轨设置在所述主体支架的侧面，且所述下落装置通过若干滑块安装设置在所述导轨上；所述电磁吸盘装置通过电磁吸力与所述下落装置连接，且所述下落装置连接一试验本体；所述卷扬机设置在所述主体支架的一侧，所述卷扬机的输出轴连接一钢丝绳，且所述钢丝绳与所述电磁吸盘装置连接，通过所述卷扬机带动所述钢丝绳提升或降低所述下落装置和所述试验本体。

较佳地，所述导轨底部设置有缓冲器，所述缓冲器用于缓冲所述下落装置和所述试验本体。

较佳地，所述主体支架的高度为所述试验本体的下落高度、所述缓冲器高度与所述下落装置高度的高度和；且所述试验本体的下落高度为h=at²/2，其中，所述a为自由下落加速度，所述t为模拟失重环境的时间。

较佳地，所述导轨为一双导轨，所述双导轨设置在所述主体支架的侧面，且所述双导轨的两个导轨之间相互平行并与地平面绝对垂直。

较佳地，所述导轨上至少设置有四个滑块，所述滑块对称放置，且所述下落装置上设置有四个与所述滑块对称放置的安装接口，所述下落装置通过所述安装接口和所述滑块安装固定在所述导轨上。

较佳地，所述下落装置上安装有配平装置，所述配平装置用于将所述下落装置和所述试验本体的质心调整至与所述导轨共面的中心位置，从而减小所述下落装置和所述试验本体下滑时造成的摩擦力。

较佳地，所述下落装置上还设置有安全锁紧装置，所述下落装置的顶部中心位置通过所述安全锁紧装置与所述电磁吸盘装置锁紧连接，防止该电磁吸盘装置失控造成安全事故。

较佳地，所述可重复模拟失重环境的试验装置至少包括两个定滑轮，且所述定滑轮均设置在所述主体支架的顶端，所述钢丝绳一端连接所述卷扬机的输出轴，一端通过所述定滑轮连接所述电磁吸盘装置，从而通过该定滑轮和钢丝绳辅助配合该卷扬机将所述下落装置和试验本体提升或下降到指定高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的可重复模拟失重环境的试验装置通过该卷扬机、电磁吸盘装置、下落装置、双导轨和主体支架实现试验本体的模拟失重试验，该试验装置结构简单、容易实施，成本较低，且通过卷扬机对该下落装置和试验本体进行提升和下降，从而能够使其具有可重复性高，且安全可靠，试验方便的特点。

2、本发明的可重复模拟失重环境的试验装置各个部件的加工、安装精度要求较高，且该试验装置受温度变化影响小，使其适应性强，能够适应于零下35摄氏度至零下四十五摄氏度的高低温环境，并能够长时间内连续重复使用，从而提高试验结果的准确性。

3、本发明的可重复模拟失重环境的试验装置通过设置电磁吸盘装置，并且在该下落装置上设置有安全锁紧装置，从而能够使该试验装置在电磁力控制的状况下，使该试验本体进行模拟失重环境试验是具有高响应性和高同步性，并且能够减少摩擦；同时，通过该安全锁紧装置和电磁吸盘装置锁紧该试验本体，避免该下落装置和试验本体在试验阶段掉落，提高安全性。

4、本发明的可重复模拟失重环境的试验装置通过该卷扬机和电磁吸盘装置能够将下落装置和试验本体提升和下降到指定位置，并通过该电磁吸盘装置的电磁力控制使该下落装置和试验本体自由下落，从而模拟失重环境，该试验装置使用效果良好，适用于航天器、武器装备等产品的环境试验，使用范围广，成本节约明显。

附图说明

图1为本发明实施的可重复模拟失重环境的试验装置的结构示意图。

符号列表：

1-卷扬机，2-钢丝绳，3-主体支架，4-缓冲器，5-双导轨，6-滑块，7-下落装置，8-电磁吸盘装置，9-定滑轮。

具体实施方式：

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细的描述本发明。然而，本发明可以以不同形式、规格等实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使更多的有关本技术领域的人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚可见，可能放大或缩小了相对尺寸。

如图1所示为本发明提供的失重环境下具有模拟技术、低摩擦技术、电磁技术和碰撞缓冲技术，利用电磁装置快速响应的从一定高度释放试验本体，进而通过低摩擦导轨和滑块结构在重力作用下完成失重环境模拟的试验装置，该可重复模拟失重环境的试验装置包括一主体支架3、卷扬机1、导轨、电磁吸盘装置8、下落装置7、钢丝绳2、滑块6、缓冲器4和定滑轮9；该主体支架3为该装置的主体基础部件，设置在地面用于安装固定其他功能部件，该导轨设置在该主体支架3的侧面形成与地面垂直的用于下落装置的滑动通道，供该下落装置滑行；该缓冲器4设置在导轨的底部，用于缓冲自由下落的试验本体或试验工装，且该导轨上设置有滑块6，作为该导轨和下落装置7的连接件，使该下落装置7通过该滑块6安装在导轨上，具体的，该下落装置7上设置有与该滑块6对应的安装接口，通过该安装接口使该下落装置7与该导轨通过滑块6连接；该卷扬机1放置在该主体支架3的一边，用于将该下落装置7和试验本体提升到指定高度；该电磁吸盘装置8通过电磁吸力与该下落装置7连接，将该下落装置7提升到指定高度后，通过对电磁吸盘装置8的控制来快速释放该下落装置7以及与其连接的试验本体，从而实现失重环境的模拟；具体的，该电磁吸盘装置8需要通过钢丝绳2与卷扬机1连接，其钢丝绳2一端与该卷扬机1的输出端连接，另一端穿过该主体支架3顶部安装设置的定滑轮9与电磁吸盘装置8连接，从而使该卷扬机1动作时，能够提升或降低该电磁吸盘装置8上下运动，进而使该下落装置7和试验本体在导轨上滑动。有效实现了该试验装置在轨运行的可重复失重环境模拟。

其中，如图1所示，该主体支架3的宽度由试验本体的安装结构决定，其高度由模拟失重环境的时间需求决定，具体的该主体支架3的高度为缓冲器的高度、下落装置7的高度和下落高度三者的高度之和，该下落高度为h=at²/2，其该a为自由下落加速度，该t为模拟失重环境的时间；在具体实施过程中，该试验装置包括一双导轨5（即两条导轨），该双导轨5为一高制造精度和低摩擦系数的双导轨5，安装时需要保证两条导轨之间绝对平行，并且该双导轨5与地平面绝对垂直，从而为模拟失重环境时的低摩擦要求提供基本保障，使其达到较佳的试验效果；同时，为了保证该下落装置7的安装，该导轨上设置有四个相同的滑块6，可以与导轨之间实现平稳的滑动摩擦，且该滑块6需有良好的散热功能，并设有与该下落装置7的安装接口，与该滑块6对应设置的为该下落装置7的安装接口，从而使该下落装置7能够通过该滑块6与导轨连接，降低下落装置7下落时的摩擦。

而且，在具体实施过程中，该下落装置7用于将试验本体安装至导轨上，该下落装置7设置有四个对称的与滑块6安装接口，便于快速固定连接，该下落装置7的前后左右均设置有配平装置，通过该配平装置能够将该下落装置7和试验本体的质心调整至与该双导轨5共面的中心位置，从而减低滑行摩擦；该下落装置7还设置有安全锁紧装置，具体的该安全锁紧装置设置在该下落装置7的顶部中心位置，从而通过该安全锁紧装置使该电磁吸盘装置8与下落装置7连接固定，从而防止电磁吸盘装置8失控造成安全事故。

另外，在具体实施过程中，该可重复模拟失重环境的试验装置至少包括两个定滑轮9，该定滑轮9设置在该主体支架3顶端的中心位置，从而使该钢丝绳2穿过该定滑轮9，并且该钢丝绳2的一端与卷扬机1输出轴连接，一端与电磁吸盘装置8连接，从而通过该定滑轮9和钢丝绳2辅助配合该卷扬机1将所述下落装置7和试验本体提升或下降到指定高度。

在具体实施过程中，该双导轨5要求垂直地平面安装并固定在主体支架3侧面，导轨底部分别安装一套缓冲器4，两个定滑轮9分别安装在主体支架3的顶端，下落装置7与四个滑块6连接固定，通过四个滑块6安装在导轨上，通过对滑块6和导轨的设计实现下落过程中的低摩擦技术，并且通过电磁吸盘装置8的电磁吸力使该电磁吸盘装置8与下落装置7连接，并通过卷扬机1将下落装置7提升到要求的高度，并实现释放下落的功能。

具体实施过程中，在试验过程需要将所有结构按要求安装到指定场地，将该试验本体和该试验装置连接好，并将该下落装置7和试验本体的组合体的质心调整至于双导轨5共面的中心位置。接着，对该电磁吸盘装置8通电，吸住该下落装置7和试验本体，该卷扬机1上电，且该卷扬机1带动电磁吸盘装置8将该下落装置7和试验本体提升到指定高度位置，然后控制电磁吸盘装置8断电，并释放该下落装置7和试验本体，使其能够沿导轨垂直自由下落，在下落装置7和试验本体自由下落时，按模拟试验规定和设置开启一试验测量系统即可按照试验要求进行测量和数据保存工作，从而实现该试验装置的失重环境模拟。其中，该模拟失重环境的时间由试验本体所在高度决定，且该下落装置7与试验本体下落底部时与缓冲器4接触，由缓冲器4对下落装置7和试验本体的下落冲击进行缓冲直至停止，从而完成试验。

通过该可重复模拟失重环境的试验装置，该试验装置结构简单，成本较低，且其适应性强，不仅仅提高了本发明的试验装置的可靠性和可重复性，并且利用对部分部件的加工和安装精度的要求以及低摩擦技术的电磁吸盘装置，从而能够通过电磁吸力控制该下落装置和试验本体的快速下落，实现失重环境的模拟，并且该失重环境模拟的使用效果良好，使其应用范围较广，可广泛适用于航天器、武器设备等产品的环境试验。

此外，我们还应该认识到，本发明并不以此为限，本发明涉及的导轨、定滑轮、滑块并不限于本实施例提出的为限，可根据下落装置和试验本体的特点设置该滑块和导轨的数量，从而能够使其达到较低的摩擦系数，使其达到较佳的失重效果，该定滑轮可根据该卷扬机和主体支架的位置设置多个，从而使该卷扬机在较小功率下即可提升或下降该下落装置和试验本体。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动在内。

Claims (8)

1.一种可重复模拟失重环境的试验装置，其特征在于，该试验装置包括一主体支架、导轨、下落装置、卷扬机和电磁吸盘装置，所述导轨设置在所述主体支架的侧面，且所述下落装置通过若干滑块安装设置在所述导轨上；所述电磁吸盘装置通过电磁吸力与所述下落装置连接，且所述下落装置连接一试验本体；所述卷扬机设置在所述主体支架的一侧，所述卷扬机的输出轴连接一钢丝绳，且所述钢丝绳与所述电磁吸盘装置连接，通过所述卷扬机带动所述钢丝绳提升或降低所述下落装置和所述试验本体。

2.根据权利要求1所述的可重复模拟失重环境的试验装置，其特征在于，所述导轨底部设置有缓冲器，所述缓冲器用于缓冲所述下落装置和所述试验本体。

3.根据权利要求1所述的可重复模拟失重环境的试验装置，其特征在于，所述主体支架的高度为所述试验本体的下落高度、所述缓冲器高度与所述下落装置高度的高度和；且所述试验本体的下落高度为h=at²/2，其中，所述a为自由下落加速度，所述t为模拟失重环境的时间。

4.根据权利要求1所述的可重复模拟失重环境的试验装置，其特征在于，所述导轨为一双导轨，所述双导轨设置在所述主体支架的侧面，且所述双导轨的两个导轨之间相互平行并与地平面绝对垂直。

5.根据权利要求1所述的可重复模拟失重环境的试验装置，其特征在于，所述导轨上至少设置有四个滑块，所述滑块对称放置，且所述下落装置上设置有四个与所述滑块对称放置的安装接口，所述下落装置通过所述安装接口和所述滑块安装固定在所述导轨上。

6.根据权利要求5所述的可重复模拟失重环境的试验装置，其特征在于，所述下落装置上安装有配平装置，所述配平装置用于将所述下落装置和所述试验本体的质心调整至与所述导轨共面的中心位置。

7.根据权利要求6所述的可重复模拟失重环境的试验装置，其特征在于，所述下落装置上还设置有安全锁紧装置，所述下落装置的顶部中心位置通过所述安全锁紧装置与所述电磁吸盘装置锁紧连接。

8.根据权利要求1所述的可重复模拟失重环境的试验装置，其特征在于，所述可重复模拟失重环境的试验装置至少包括两个定滑轮，且所述定滑轮均设置在所述主体支架的顶端，所述钢丝绳一端连接所述卷扬机的输出轴，一端通过所述定滑轮连接所述电磁吸盘装置。

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