CN105913733B - 一种磁液混合悬浮通用实验平台结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁液混合悬浮通用实验平台结构，通过在实验平台中设置姿态耦合机构，实现实验过程中实验体与通用实验平台结构的姿态解耦，能够对不同类型实验对象的加载，且实验过程中可以实现实验体姿态机动及对实验体的实时剩余重力补偿。本发明原理简单，操作方便，可以实现对不同实验体的搭载，完成相应空间微重力效应实验模拟。而且，本发明可以实现对各种实验体的实时剩余重力补偿。此外，本发明可以实现实验过程中实验体的姿态机动。

Description

一种磁液混合悬浮通用实验平台结构

【技术领域】

本发明属于地面微重力效应模拟及其实验技术领域，具体涉及一种磁液混合悬浮通用实验平台结构。

【背景技术】

随着太空技术的发展，空间在轨服务任务的种类越来越多，如交会对接、清理太空垃圾等。执行各空间操作任务之前要进行相应的地面微重力等效模拟实验，以进行分析验证。中性浮力等效模拟实验是一种较为传统的方法，主要是将实验体浸入水中，借助水的浮力，采用配重的方法对实验体的剩余重力(实验体重力和浮力之差)进行补偿，可以利用水浮实验方法进行各类实验。但由于不同的实验类型，不同的实验对象，需要研究人员进行多次重复的水上、水下工作，以实现对不同实验对象的配平。这种方法费时、费力，影响实验进程，且用起来十分不方便。磁液混合悬浮是近年来进行微重力效应模拟的一种新方式，但是还存在诸多应用方面的不足。其中，如何在磁液混合悬浮环境中实现不同结构外型实验体姿态机动下的精确快速微重力配平方法和技术还没有完全解决。因此，有必要研制一种通用实验平台结构，可以在磁液混合悬浮环境中，精确快速实现实验体的微重力配平，且在实验体姿态机动的过程中，保持微重力模拟状态，以缩短实验周期和研制费用。

【发明内容】

本发明针对磁液混合悬浮模拟空间微重力效应的实验，提供一种磁液混合悬浮通用实验平台结构，该实验平台结构可以精确快速实现实验体的微重力配平，且在实验体姿态机动的过程中，使实验平台姿态呈现并保持水平状态。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种磁液混合悬浮通用实验平台结构，包括实验平台，实验平台包括底部的圆柱形外壳，圆柱形外壳内部底面上安放有圆柱形永磁体，圆柱形永磁体上表面中心处安装用于实现实验过程中实验体与实验平台的姿态解耦的姿态解耦机构，姿态解耦机构的上方连接在圆柱形连接底板的下底面上，圆柱形连接底板的上表面用于安放实验体；圆柱形连接底板上还设置有用于固定实验体的可伸缩机构。

本发明进一步的改进在于：

所述姿态解耦机构包括上连杆和下连杆，上连杆的上端与圆柱形连接底板的下底面焊接相连，下端焊接旋转球；下连杆的下端与圆柱形永磁体的上表面焊接相连，上端安装球状外壳，旋转球位于球状外壳内，且旋转球与球状外壳的内表面之间留有间隙。

所述球状外壳由一个球状外壳和两个球状外壳拼接而成。

所述球状外壳和两个球状外壳的半径相同。

所述可伸缩机构包括安装在圆柱形连接底板侧面的四个固定连杆，固定连杆均匀分布在圆柱形连接底板的侧面，且竖直安装；每个固定连杆上水平安装通丝杆，通丝杆与固定连杆通过螺纹连接；四根通丝杆的末端均指向圆柱形连接底板平面的圆心处；通丝杆末端上连接固定爪，固定爪由上下两个相同结构的弧形爪构成，两个弧形爪通过中部的连接杆相连，连接杆与通丝杆末端通过螺纹连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明原理简单，操作方便，可以实现对不同实验体的搭载，完成相应空间微重力效应实验模拟。而且，本发明可以实现对各种实验体的实时剩余重力补偿。此外，本发明可以实现实验过程中实验体的姿态机动。

【附图说明】

图1为磁液混合悬浮通用实验平台结构；

图2为姿态解耦机构；

图3为2/3球状外壳；

图4为固定实验体机构的可伸缩连杆正视图；

图5为固定实验体机构的可伸缩连杆铅垂方向固定连杆的左视图；

图6为固定实验体机构的末端固定爪机构正视图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1-图6，本发明以惯性坐标系为参考坐标系，定义实验平台的水平面、垂面和侧面，最底部是圆柱形永磁体1，圆柱形永磁体1外部是一圆柱形外壳2(与其它形状外壳相比，圆柱形外壳2受到的阻力更小，故此处将外壳设计为圆柱形)，用于存放圆柱形永磁体1，且圆柱形永磁体1与圆柱形外壳2连接到一起。实验过程中圆柱形永磁体1(包括圆柱形永磁体1和外壳)始终保持姿态水平，以保证产生的电磁力沿Z轴方向。

圆柱形永磁体1与姿态解耦机构3相连，姿态解耦机构3主要实现实验过程中实验体6与通用实验平台结构的姿态解耦。姿态解耦机构3最下面是下连杆8，与圆柱形永磁体1焊接在一起，下连杆8上面是一球状外壳10(见图2)，用于存放旋转球9。球状外壳10由两部分构成：球状外壳11和两个球状外壳12，三者半径相同。此外，旋转球9与球状外壳10无连接，可以防止旋转球脱离球状外壳10，且可以实现旋转球沿Z轴方向[-60°,60°]范围内的姿态变化。

旋转球9上面与上连杆7焊接到一起，上连杆7上面是圆柱形连接底板4(考虑到圆柱形的阻力系数较小，此处将连接底板设计为圆柱形)，用于放置实验体6，上连杆7与圆柱形连接底板4焊接到一起。

圆柱形连接底板4的四个对称顶点处焊接有四个相同的用于固定实验体6的可伸缩机构5，该机构由两部分构成：可伸缩连杆(见图4和图5)和固定爪(见图6)。可伸缩杆由两部分构成：铅垂方向的固定连杆13和侧平面内与铅垂方向垂直的通丝杆14，其连接方式为螺纹连接。固定爪与可伸缩连杆末端通过螺纹连接，固定爪由上下两个相同的弧形机构构成，防止实验体6松动。

本发明可以实现对不同类型实验对象的加载，且实验过程中可以实现实验体6姿态机动及对实验体6的实时剩余重力补偿，为后续进行实验打下基础。

本发明的原理及工作过程：

如图2所示，实验前先将旋转球放入球状外壳11内，然后通过两个相同的连接机构将两个球状外壳12(见图3)和球状外壳11分别在球状外壳11左右两侧连接到一起。连接机构上侧与球状外壳12通过螺纹方式连接到一起，下侧与球状外壳11通过螺纹方式连接到一起。以左侧球状外壳12和球状外壳11连接方式为例进行说明。上侧螺钉从球状外壳12内部穿过球状外壳12和连接机构，在连接机构外侧通过螺栓结构将球状外壳12和连接机构固定住，下侧以同样的方式将球状外壳11和连接机构固定住，如此实现了左侧球状外壳12与球状外壳11固连到一起。以同样的方式在球状外壳11右侧将球状外壳12与球状外壳11固连到一起。

完成通用实验平台结构安装后，将实验体6放置于圆柱形连接底板4上，根据实验体6的结构和尺寸，调节固定实验体6的四个可伸缩机构(见图4和图6)，将实验体6固定到连接底板上，其中实验体6位于连接底板中心处，以保证整个系统(包括通用实验平台结构与实验体6)的对称性，进而使实验平台姿态呈现水平状态，并保证实验过程中圆柱形永磁体1保持姿态水平。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种磁液混合悬浮通用实验平台结构，其特征在于，包括实验平台，实验平台包括底部的圆柱形外壳(2)，圆柱形外壳(2)内部底面上安放有圆柱形永磁体(1)，圆柱形永磁体(1)上表面中心处安装用于实现实验过程中实验体(6)与实验平台的姿态解耦的姿态解耦机构，姿态解耦机构的上方连接在圆柱形连接底板(4)的下底面上，圆柱形连接底板(4)的上表面用于安放实验体(6)；圆柱形连接底板(4)上还设置有用于固定实验体(6)的可伸缩机构(5)；所述姿态解耦机构包括上连杆(7)和下连杆(8)，上连杆(7)的上端与圆柱形连接底板(4)的下底面焊接相连，下端焊接旋转球(9)；下连杆(8)的下端与圆柱形永磁体(1)的上表面焊接相连，上端安装球状外壳(10)，旋转球(9)位于球状外壳(10)内，且旋转球(9)与球状外壳(10)的内表面之间留有间隙；所述可伸缩机构(5)包括安装在圆柱形连接底板(4)侧面的四个固定连杆(13)，固定连杆(13)均匀分布在圆柱形连接底板(4)的侧面，且竖直安装；每个固定连杆(13)上水平安装通丝杆(14)，通丝杆(14)与固定连杆(13)通过螺纹连接；四根通丝杆(14)的末端均指向圆柱形连接底板(4)平面的圆心处；通丝杆(14)末端上连接固定爪，固定爪由上下两个相同结构的弧形爪构成，两个弧形爪通过中部的连接杆相连，连接杆与通丝杆(14)末端通过螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的磁液混合悬浮通用实验平台结构，其特征在于，所述球状外壳(10)由一个球状外壳(11)和两个球状外壳(12)拼接而成。

3.根据权利要求2所述的磁液混合悬浮通用实验平台结构，其特征在于，所述球状外壳(11)和两个球状外壳(12)的半径相同。