CN106394946A - 多圈独立供气的过缝能力增强型气足 - Google Patents

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Abstract

多圈独立供气的过缝能力增强型气足，涉及气悬浮技术及零重力环境模拟领域。解决了传统气足的节流孔过拼接气浮平台的缝隙时，节流孔流出的高压气体直接从缝隙排掉，导致传统气足过缝隙能力差的问题。气足包括基板、气浮盖板和密封圈，基板中心设有中心泄压孔，密封圈设置在基板和气浮盖板之间；以中心泄压孔为中心，在基板上表面加工有同圆心的N个环形槽，每个环形槽内沿周向均匀分布多个节流孔，密封圈设置在相邻两圈节流孔之间，用于实现相邻两圈节流孔的独立密封，气浮盖板上设有N个供气孔，每个供气孔为一个环形槽上所对应的节流孔供气。主要应用在气浮平台上。

Description

多圈独立供气的过缝能力增强型气足
技术领域
本发明涉及气悬浮技术及零重力环境模拟领域。
背景技术
零重力环境模拟中，广泛采用气足与气浮平台配合实现。通过气足的节流孔供入高压气体，在气足和气浮平台之间形成高压气膜，使气足相对于气浮平台悬浮，实现无摩擦相对运动。将卫星等模拟载荷安装在气足上，可以模拟太空失重环境。
传统的气足采用单圈节流孔设计，且单圈节流孔采用同一个气腔。对于在单块气浮平台上使用时，该设计不存在过缝问题，可以很好的满足零重力模拟的需求。然而，对于大型航天器或者大范围运动的航天器的零重力环境模拟应用，大面积的气浮平台往往采用拼接的方式实现，即通过多块小的气浮平台拼接构建大面积的气浮平台。不同块的气浮平台之间存在缝隙。通过高精度的调节，可以使气浮平台之间缝隙尽可能的小，但相对于气足的节流孔来讲还是很大平台的间隙可以调节到0.1～0.5mm，节流孔的直径为0.1～0.2mm。当某个节流孔通过缝隙时，节流孔流出的高压气体直接从缝隙排掉，不能够有效地在气足和气浮平台之间形成高压气膜，从而使该节流孔附近区域气足失去承载能力。特别是第一个节流孔或者最后一个节流孔通过缝隙时，该节流孔附近区域失去承载能力，会使气足失去角刚度，承载发生明显偏载，气膜不再均匀，严重时，气足的倾斜使过缝节流孔一侧气足与气浮平台发生接触，产生摩擦，严重影响零重力的模拟精度和运动的平稳性。
随着技术的发展，特别是空间探索的不断深入，大型航天器零重力试验和航天器的大范围运动测试等对气足过缝能力提出了更高的要求。
发明内容
本发明是为了解决传统气足的节流孔过拼接气浮平台的缝隙时，节流孔流出的高压气体直接从缝隙排掉，导致传统气足过缝隙能力差的问题，本发明提供了一种多圈独立供气的过缝能力增强型气足。
多圈独立供气的过缝能力增强型气足，它包括基板、气浮盖板和密封圈，基板和气浮盖板相对扣合在一起，气浮盖板位于基板上方，气浮盖板上表面的中心设有万向连接球窝，万向连接球窝通过球头与外部载荷连接，基板中心设有中心泄压孔，密封圈设置在基板和气浮盖板之间；
以中心泄压孔为中心，在基板上表面加工有同圆心的N个环形槽，每个环形槽内沿周向均匀分布多个节流孔，
密封圈设置在相邻两圈节流孔之间，用于实现相邻两圈节流孔的独立密封，
气浮盖板上设有N个供气孔，每个供气孔为一个环形槽上所对应的节流孔供气。
所述的N为整数，且N≥2。
所述的距离中心泄压孔最近的节流孔的圆心与中心泄压孔圆心间的距离为r，且其中，r0为中心泄压孔的直径，R为基板直径。
所述的每个环形槽内的节流孔的个数大于或等于3。
所述的基板采用螺钉与气浮盖板连接。
所述的节流孔底部微孔的直径为0.1mm至0.2mm。
本发明解决传统气足过缝时角刚度损失大导致摩擦增加、运动卡滞的问题，在基板1上除了设置了多圈节流孔外，另外加工多圈节流孔，特别是在接近气足边缘位置加工一圈节流孔，不同圈的节流孔单独供气。由于多圈节流孔的设置方式，使得本发明承载能力优于传统单圈气足。
以节流孔的圈数为2为例：外圈节流孔靠近气足边缘，其通过气浮平台拼缝时，节流孔泄压造成的承载能力损失的区域很小，特别是，外圈节流孔和内圈节流孔之间的区域的气膜由内圈的节流孔补充，因此，承载偏载小，角刚度损失小。当外圈节流孔通过缝隙后，内圈节流孔通过缝隙时，外圈节流孔已经通过缝隙，可以提供足够的承载能力，并补充内圈和外圈之间的气膜，同时，由于外圈节流孔，对角刚度的贡献大，因此，气足的角刚度损失很小。
与单圈节流孔的传统高气足相比，传统的单圈节流孔通过气浮平台缝隙时，节流孔的泄压直接导致节流孔缝隙外侧的区域完全失去承载能力，且内侧区域也出现相当损失，因此，角刚度损失严重，承载出现明显偏载。
特别是，本发明可以根据承载能力和过缝能力的要求，在内圈和外圈之间再增加一圈或多圈节流孔，进一步降低当个节流孔过缝时的角刚度损失。
本发明带来的有益效果是，通过多圈节流孔设计，每圈节流孔独立供气，提高气足在过缝时的角刚度损失，增强了其过缝能力。
附图说明
图1为本发明所述的多圈独立供气的过缝能力增强型气足的主剖视图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的仰视图；
图4为Ⅱ处的局部放大图。
具体实施方式
参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的多圈独立供气的过缝能力增强型气足，它包括基板1、气浮盖板2和密封圈3，基板1和气浮盖板2相对扣合在一起，气浮盖板2位于基板1上方，气浮盖板2上表面的中心设有万向连接球窝6，万向连接球窝6通过球头与外部载荷连接，基板1中心设有中心泄压孔5，密封圈3设置在基板1和气浮盖板2之间；
以中心泄压孔5为中心，在基板1上表面加工有同圆心的N个环形槽8，每个环形槽8内沿周向均匀分布多个节流孔4，
密封圈3设置在相邻两圈节流孔之间，用于实现相邻两圈节流孔的独立密封，
气浮盖板8上设有N个供气孔7，每个供气孔7为一个环形槽8上所对应的节流孔4供气。
本实施方式，节流孔的圈数也为N和每圈节流孔的数量为M，N和M的具体数值根据气足的承载能力、气足的直径及对过缝能力的要求进行设计，不同圈的节流孔数量可以不同。
节流孔4为现有技术中的一种结构，节流孔4包括三部分，从上至下依次为上部通孔4-3、微孔4-1和气囊4-2，且微孔4-1的直径小于上部通孔4-3的直径，上部通孔4-3的直径小于气囊4-2的直径，微孔4-1连通上部通孔4-3和气囊4-2，具体参见图4。
半径最大的环形槽8与气足边缘的距离及节流孔4的数量直接影响气足的过缝能量，主要依据对过缝能力的要求进行设计，当对气足过缝能力要求高时，通过减小半径最大的环形槽8与气足边缘(即：基板)的距离和增加节流孔的数量来提高其过缝能力。
密封圈3设置在相邻两圈节流孔之间，用于实现对不同圈的节流孔的独立密封，从而可以实现不同圈节流孔的气路的隔绝，保证单独供气的实现。中心泄压孔5实现气浮平台与气足之间的高压气体的中心泄压，气浮平台与气足之间的高压气膜从两个方向泄压，一个为气足外测，一个为中心泄压孔5。气膜沿这两个方向泄压保证了气膜气路形成通路，实现流动性。
万向连接球窝6可通过球头与外部载荷连接，并保证一定的角度适应能力。
具体设计中以M＝6，N＝2为例。参见图1至图3，节流孔4底部微孔4-1可以采用直接在基板1上钻Φ0.1～0.2mm的孔的方式实现，也可以采用镶嵌钻有Φ0.1～0.2mm孔的节流嘴的方式实现。基板中心钻有泄压孔，在不同环形槽之间加工安装密封圈的环形槽。节流孔4为现有结构，微孔4-1为节流孔4的一部分。
气浮盖板2上在对应基板不同环形槽的直径位置加工有供气孔，本设计实例中分别为内圈供气孔和外圈供气孔。在气浮盖板2中心位置加工有与外部负载安装配合用的万向连接球窝6。不同圈的节流孔之间通过密封圈3实现气路的隔离和密封。
具体应用的过程中，通过从内圈供气孔供入压力为0.3Mpa～0.6MPa的压缩气体，实现对内圈节流孔的供气；通过外圈供气孔供入压力为0.3Mpa～0.6MPa的压缩气体，实现对外圈节流孔的供气。内圈和外圈的节流孔的高压气体通过小孔节流，在气足和基板底部配合的气浮平台之间形成高压气膜，从而相对气浮平台悬浮，实现无摩擦相对运动。
根据需要，在内圈节流孔和外圈节流孔之间还可以增加一圈到多圈节流孔。

Claims (6)

1.多圈独立供气的过缝能力增强型气足，它包括基板(1)、气浮盖板(2)和密封圈(3)，基板(1)和气浮盖板(2)相对扣合在一起，气浮盖板(2)位于基板(1)上方，气浮盖板(2)上表面的中心设有万向连接球窝(6)，万向连接球窝(6)通过球头与外部载荷连接，基板(1)中心设有中心泄压孔(5)，密封圈(3)设置在基板(1)和气浮盖板(2)之间；
其特征在于，以中心泄压孔(5)为中心，在基板(1)上表面加工有同圆心的N个环形槽(8)，每个环形槽(8)内沿周向均匀分布多个节流孔(4)，
密封圈(3)设置在相邻两圈节流孔之间，用于实现相邻两圈节流孔的独立密封，
气浮盖板(8)上设有N个供气孔(7)，每个供气孔(7)为一个环形槽(8)上所对应的节流孔(4)供气。
2.根据权利要求1所述的多圈独立供气的过缝能力增强型气足，其特征在于，所述的N为整数，且N≥2。
3.根据权利要求1所述的多圈独立供气的过缝能力增强型气足，其特征在于，所述的距离中心泄压孔(5)最近的节流孔(4)的圆心与中心泄压孔(5)圆心间的距离为r，且其中，r0为中心泄压孔(5)的直径，R为基板(1)直径。
4.根据权利要求1所述的多圈独立供气的过缝能力增强型气足，其特征在于，所述的每个环形槽(8)内的节流孔(4)的个数大于或等于3。
5.根据权利要求1所述的多圈独立供气的过缝能力增强型气足，其特征在于，所述的基板(1)采用螺钉与气浮盖板(2)连接。
6.根据权利要求1所述的多圈独立供气的过缝能力增强型气足，其特征在于，所述的节流孔(4)底部微孔(4-1)的直径为0.1mm至0.2mm。
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