CN107521724A - 加速度平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天器材技术领域，具体涉及加速度平衡装置，包括旋转舱和控制系统，旋转舱上端面设有第一人形凹槽，第一人形凹槽的头部朝向旋转舱前部，第一人形凹槽略微靠近旋转舱右侧，旋转舱上方设有盖板，盖板左侧与旋转舱左侧铰接，盖板下端面设有与第一人形凹槽相匹配的第二人形凹槽第二轴承孔内也设有轴承，旋转舱后端面设有旋转轴，旋转轴通过轴承与安装座转动连接，安装座上端面还设有减速箱和伺服电机，减速箱和伺服电机传动连接，减速箱的输出轴与旋转轴传动连接，控制系统与伺服电机电连接，控制系统的输入端连接有加速度监测装置，控制系统连接有地面遥控系统。其目的是：解决现有的宇航员无法承受过大加速度的问题。

Description

加速度平衡装置

技术领域

本发明属于航天器材技术领域，具体涉及一种加速度平衡装置。

背景技术

作机械运动的物体，如果按物体运动速度的变化情况来划分，可分为匀速运动和变速运动。人处于匀速运动状态时是无感觉的，而且匀速运动的速度对人体也不产生任何不良影响。例如地球基本是在匀速运动中(赤道上的自转速度为463m/s，地球平均公转速度为29800m/s)，人类生存在地球上，感觉不到地球的运动。但是，人处于变速运动状态时，身体则会受到速度变化的影响。

物体速度变化的快慢，用加速度描述。人在身体直立时能忍受(不受伤害)向上的加速度为重力加速度g的18倍，向下为13g，横向则为50g以上；如果加速度值超过这一数值，会造成皮肉青肿、骨折、器官破裂、脑震荡等损伤。加速度对心血管循环系统的影响最大。这不断增加的加速度，会影响人体的血液和其他体液的压力分布。当航天器迅速上升时，人体内的血液就会像乘电梯脚下沉一般，血液也迅速向下部集中，使下部血管膨胀，血管壁受到很大的压力，继而导致血管中的液体向四周的组织渗透漏，使下肢肿胀刺痛。血液向下部集中，还将使心脏和头部出现缺血的现象，出现视力减退、反应迟钝，严重时，甚至出现神志模糊。为了避免这些后果出现，目前的技术是宇航员穿着抗荷服装置来干扰血液的流动。重力会使血液向身体的下部流动，而这种装置可以避免血液在腿部过度集中。同时让宇航员采取适当的姿态，使用可后躺的座椅，可减少头部与心脏的缺血，从而提高宇航员的抗加速度能力。

运动速度连续变化时，人在短时间内可以忍受较大的加速度。人在座位上能耐受的加速度极限见表1：

表1[人在座位上能耐受的加速度极限]

表1人在座位上能耐受的加速度极限

表中受试者是坐式，并用带子将其胸部和腿部与座位系在一起。

人经常处于变速运动状态，尤其是现代交通工具的速度不断提高，使人经常受到加速度的作用。人在短时间内受到的加速度作用值和延续时间见表2：

表2[人在短时间内受到的加速度作用值]

表2人在短时间内受到的加速度作用值

目前航空航天技术蓬勃发展，但制约航空航天技术发展的其中一个瓶颈是飞行员或宇航员无法承受过大的加速度。

发明内容

本发明的目的是：旨在提供一种加速度平衡装置，用来解决现有的宇航员无法承受过大加速度的问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

加速度平衡装置，包括旋转舱和控制系统，所述旋转舱上端面设有第一人形凹槽，所述第一人形凹槽的头部朝向旋转舱前部，所述第一人形凹槽略微靠近旋转舱右侧，所述旋转舱上方设有盖板，所述盖板左侧与旋转舱左侧铰接，所述盖板下端面设有与第一人形凹槽相匹配的第二人形凹槽，所述旋转舱上端面于第一人形凹槽手部对应位置右方设有卡槽，所述盖板下端面于卡槽对应位置设有固定块，所述固定块右端面设有第一通孔，所述旋转舱内侧面于第一通孔对应位置设有第二通孔，所述第二通孔内设有固定销，所述旋转舱前方设有支撑座，所述支撑座前端面设有第一轴承孔，所述第一轴承孔内设有轴承，所述旋转舱前端面设有支撑轴，所述支撑轴通过轴承与支撑座转动连接，所述旋转舱后方设有安装座，所述安装座上端面前部设有支撑凸起，所述支撑凸起前端面设有第二轴承孔，所述第二轴承孔内也设有轴承，所述旋转舱后端面设有旋转轴，所述旋转轴通过轴承与安装座转动连接，所述安装座上端面还设有减速箱和伺服电机，所述减速箱和伺服电机传动连接，所述减速箱的输出轴与旋转轴传动连接，所述控制系统与伺服电机电连接，所述控制系统的输入端连接有加速度监测装置，所述控制系统连接有地面遥控系统。

采用上述技术方案的发明，使用时，把加速度平衡装置安装于载人航天火箭上，并使旋转舱的中轴线与火箭加速方向垂直，宇航员穿上缓冲防护服、带上全覆盖式头盔躺在旋转舱的第一人形凹槽内，需要注意的是，全覆盖式头盔指的是全面覆盖头部，对头部起保护作用，而不是指完全密封头部，使头部与外界空气完全隔离，顺时针旋转盖板，使盖板的固定块穿插在卡槽内，再从第一人形凹槽内侧插入固定销，固定销依次穿过第二通孔和第一通孔，完成旋转舱与盖板之间的固定，使宇航员被固定在旋转舱和盖板之间；由于采用的是伺服电机，伺服电机本身带有定位功能，可在旋转舱未使用时把旋转舱上端面固定在与地面平行的状态，方便宇航员进入旋转舱；航天火箭发射前，通过地面遥控系统操控控制系统，使伺服电机转动，从而带动躺在旋转舱内的宇航员匀速转动，由于第一人形凹槽在旋转舱内偏向右侧，此时，宇航员位于人体左侧的心脏位于旋转轴的中轴线上；航天火箭加速后，地面遥控系统停止对控制系统的操控，控制系统根据加速度监测装置检测到的加速度大小，按照加速度越大旋转速度越大的原则，控制伺服电机的转速，从而使人体处于合理的旋转状态，由于人体内的血液通过血管从心脏传递到全身各处，且人体的主要血管大都是沿着人体纵向分布，在人体承受重大加速度时，通过人体平躺和旋转，可使血管中的血液在血管中旋转，使本该人体平躺后血管壁底部(即人体背部方向)一直承受的血液对血管壁带来的冲击力，通过旋转，改变位于加速度底部的位置，使本来在其他方位的血管壁转移到底部，代替原来的血管壁承受血液在加速度作用下带来的冲击力。

进一步限定，所述第二人形凹槽内设有海绵垫，所述第一人形凹槽底部设有可充气气垫，所述可充气气垫设有放气阀，所述可充气气垫连接有充气泵，所述旋转舱内设有蓄电池，所述充气泵由蓄电池供电，所述旋转舱内侧第一人形凹槽手部位置设有操控按钮，所述操控按钮与充气泵电连接，所述旋转舱内侧第一人形凹槽手部位置还设有放气按钮，所述放气按钮与放气阀连接。这样的结构设计，在盖板关闭锁定后，通过操控按钮控制充气泵工作，对位于第一人形凹槽底部的可充气气垫进行充气，从而对人体形成一个可靠地支撑，把人体牢牢地固定在旋转舱与盖板之间，同时对人体进行有效的缓冲保护；旋转结束后，通过放气按钮控制放气阀对可充气气垫进行放气，再打开盖板。

进一步限定，所述旋转舱左端面上部设有铰接座，所述盖板左端面下部于铰接座对应位置设有铰接块，所述铰接座和铰接块前端面均设有铰接孔，所述铰接孔内设有铰接轴，所述旋转舱和盖板通过铰接轴铰接。这样的结构设计，通过铰接座和铰接块配合铰接轴实现旋转舱和盖板的铰接，具有更强的结构强度，实用性更强。

进一步限定，所述旋转轴和支撑轴均由AF1410钢制成。这样的结构设计，可更好地承受旋转舱和盖板带来的冲击，实用性较强。

进一步限定，所述旋转轴和支撑轴上套设的轴承为圆柱孔调心滚子轴承。这样的结构设计，具有自调心作用，不受轴与轴承座的不对中或轴变形挠曲的影响，可以补偿由此引起的同心度误差，同时该类轴承除承受径向载荷外，还可承受双向轴向载荷及其联合载荷，承载能力较大，同时具有较好的抗震动、抗冲击能力。

进一步限定，所述盖板于第二人形凹槽手部位置设有内陷式把手。这样的结构设计，方便盖板的开闭。

进一步限定，所述旋转舱和盖板合成一个椭圆形。这样的结构设计，既有利于第一人形凹槽和第二人形凹槽的设置，同时，可减少旋转时，旋转舱和盖板所引起的空气阻力，实用性较强。

进一步限定，所述第二人形凹槽头部位置设有海绵块，所述海绵块上喷洒有橙皮挥发油。这样的结构设计，在旋转时，橙皮挥发油挥发进入人体呼吸道，可在一定程度上缓解宇航员由于旋转运动造成的眩晕感。

进一步限定，所述旋转舱上端面包覆有缓冲垫。这样的结构设计，在关闭盖板时，可防止盖板直接碰撞旋转舱造成盖板或旋转舱的损坏，实用性较强。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明加速度平衡装置实施例的结构示意图；

图2为本发明加速度平衡装置实施例中旋转舱的结构示意图；

图3为本发明加速度平衡装置实施例中盖板的结构示意图；

图4为本发明加速度平衡装置实施例中盖板关闭状态的结构示意图；

主要元件符号说明如下：

旋转舱1、第一人形凹槽11、盖板2、第二人形凹槽21、卡槽3、固定块31、第一通孔32、第二通孔321、固定销33、支撑座4、支撑轴41、安装座5、支撑凸起51、旋转轴52、减速箱53、伺服电机54、铰接座61、铰接块62。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1～图4所示，本发明的加速度平衡装置，包括旋转舱1和控制系统，旋转舱1上端面设有第一人形凹槽11，第一人形凹槽11的头部朝向旋转舱1前部，第一人形凹槽11略微靠近旋转舱1右侧，旋转舱1上方设有盖板2，盖板2左侧与旋转舱1左侧铰接，盖板2下端面设有与第一人形凹槽11相匹配的第二人形凹槽21，旋转舱1上端面于第一人形凹槽11手部对应位置右方设有卡槽3，盖板2下端面于卡槽3对应位置设有固定块31，固定块31右端面设有第一通孔32，旋转舱1内侧面于第一通孔32对应位置设有第二通孔321，第二通孔321内设有固定销33，旋转舱1前方设有支撑座4，支撑座4前端面设有第一轴承孔，第一轴承孔内设有轴承，旋转舱1前端面设有支撑轴41，支撑轴41通过轴承与支撑座4转动连接，旋转舱1后方设有安装座5，安装座5上端面前部设有支撑凸起51，支撑凸起51前端面设有第二轴承孔，第二轴承孔内也设有轴承，旋转舱1后端面设有旋转轴52，旋转轴52通过轴承与安装座5转动连接，安装座5上端面还设有减速箱53和伺服电机54，减速箱53和伺服电机54传动连接，减速箱53的输出轴与旋转轴52传动连接，控制系统与伺服电机54电连接，控制系统的输入端连接有加速度监测装置，控制系统连接有地面遥控系统。

本实施例中，使用时，把加速度平衡装置安装于载人航天火箭上，并使旋转舱1的中轴线与火箭加速方向垂直，宇航员穿上缓冲防护服、带上全覆盖式头盔躺在旋转舱1的第一人形凹槽11内，需要注意的是，全覆盖式头盔指的是全面覆盖头部，对头部起保护作用，而不是指完全密封头部，使头部与外界空气完全隔离，顺时针旋转盖板2，使盖板2的固定块31穿插在卡槽3内，再从第一人形凹槽11内侧插入固定销33，固定销33依次穿过第二通孔321和第一通孔32，完成旋转舱1与盖板2之间的固定，使宇航员被固定在旋转舱1和盖板2之间；由于采用的是伺服电机54，伺服电机54本身带有定位功能，可在旋转舱1未使用时把旋转舱1上端面固定在与地面平行的状态，方便宇航员进入旋转舱1；航天火箭发射前，通过地面遥控系统操控控制系统，使伺服电机54转动，从而带动躺在旋转舱1内的宇航员匀速转动，由于第一人形凹槽11在旋转舱1内偏向右侧，此时，宇航员位于人体左侧的心脏位于旋转轴52的中轴线上；航天火箭加速后，地面遥控系统停止对控制系统的操控，控制系统根据加速度监测装置检测到的加速度大小，按照加速度越大旋转速度越大的原则，控制伺服电机54的转速，从而使人体处于合理的旋转状态，由于人体内的血液通过血管从心脏传递到全身各处，且人体的主要血管大都是沿着人体纵向分布，在人体承受重大加速度时，通过人体平躺和旋转，可使血管中的血液在血管中旋转，使本该人体平躺后血管壁底部(即人体背部方向)一直承受的血液对血管壁带来的冲击力，通过旋转，改变位于加速度底部的位置，使本来在其他方位的血管壁转移到底部，代替原来的血管壁承受血液在加速度作用下带来的冲击力。

优选，第二人形凹槽21内设有海绵垫，第一人形凹槽11底部设有可充气气垫，可充气气垫设有放气阀，可充气气垫连接有充气泵，旋转舱1内设有蓄电池，充气泵由蓄电池供电，旋转舱1内侧第一人形凹槽11手部位置设有操控按钮，操控按钮与充气泵电连接，旋转舱1内侧第一人形凹槽11手部位置还设有放气按钮，放气按钮与放气阀连接。这样的结构设计，在盖板2关闭锁定后，通过操控按钮控制充气泵工作，对位于第一人形凹槽11底部的可充气气垫进行充气，从而对人体形成一个可靠地支撑，把人体牢牢地固定在旋转舱1与盖板2之间，同时对人体进行有效的缓冲保护；旋转结束后，通过放气按钮控制放气阀对可充气气垫进行放气，再打开盖板2。实际上，也可根据实际情况，考虑其他缓冲固定的结构设计。

优选，旋转舱1左端面上部设有铰接座61，盖板2左端面下部于铰接座61对应位置设有铰接块62，铰接座61和铰接块62前端面均设有铰接孔，铰接孔内设有铰接轴，旋转舱1和盖板2通过铰接轴铰接。这样的结构设计，通过铰接座61和铰接块62配合铰接轴实现旋转舱1和盖板2的铰接，具有更强的结构强度，实用性更强。实际上，也可根据情况，考虑其他形式的铰接结构。

优选，旋转轴52和支撑轴41均由AF1410钢制成。这样的结构设计，可更好地承受旋转舱1和盖板2带来的冲击，实用性较强。实际上，也可根据实际情况，具体考虑制造旋转轴52和支撑轴41的材料问题。

优选，旋转轴52和支撑轴41上套设的轴承为圆柱孔调心滚子轴承。这样的结构设计，具有自调心作用，不受轴与轴承座的不对中或轴变形挠曲的影响，可以补偿由此引起的同心度误差，同时该类轴承除承受径向载荷外，还可承受双向轴向载荷及其联合载荷，承载能力较大，同时具有较好的抗震动、抗冲击能力。实际上，也可根据实际情况，具体考虑轴承的型号。

优选，盖板2于第二人形凹槽21手部位置设有内陷式把手。这样的结构设计，方便盖板2的开闭。实际上，也可根据实际情况，具体考虑。

优选，旋转舱1和盖板2合成一个椭圆形。这样的结构设计，既有利于第一人形凹槽11和第二人形凹槽21的设置，同时，可减少旋转时，旋转舱1和盖板2所引起的空气阻力，实用性较强。实际上，也可根据实际情况，具体考虑。

优选，第二人形凹槽21头部位置设有海绵块，海绵块上喷洒有橙皮挥发油。这样的结构设计，在旋转时，橙皮挥发油挥发进入人体呼吸道，可在一定程度上缓解宇航员由于旋转运动造成的眩晕感。实际上，也可根据实际情况，具体考虑。

优选，旋转舱1上端面包覆有缓冲垫。这样的结构设计，在关闭盖板2时，可防止盖板2直接碰撞旋转舱1造成盖板2或旋转舱1的损坏，实用性较强。实际上，也可根据实际情况，考虑其他缓冲保护结构。

以上对本发明提供的加速度平衡装置进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.加速度平衡装置，其特征在于：包括旋转舱(1)和控制系统，所述旋转舱(1)上端面设有第一人形凹槽(11)，所述第一人形凹槽(11)的头部朝向旋转舱(1)前部，所述第一人形凹槽(11)略微靠近旋转舱(1)右侧，所述旋转舱(1)上方设有盖板(2)，所述盖板(2)左侧与旋转舱(1)左侧铰接，所述盖板(2)下端面设有与第一人形凹槽(11)相匹配的第二人形凹槽(21)，所述旋转舱(1)上端面于第一人形凹槽(11)手部对应位置右方设有卡槽(3)，所述盖板(2)下端面于卡槽(3)对应位置设有固定块(31)，所述固定块(31)右端面设有第一通孔(32)，所述旋转舱(1)内侧面于第一通孔(32)对应位置设有第二通孔(321)，所述第二通孔(321)内设有固定销(33)，所述旋转舱(1)前方设有支撑座(4)，所述支撑座(4)前端面设有第一轴承孔，所述第一轴承孔内设有轴承，所述旋转舱(1)前端面设有支撑轴(41)，所述支撑轴(41)通过轴承与支撑座(4)转动连接，所述旋转舱(1)后方设有安装座(5)，所述安装座(5)上端面前部设有支撑凸起(51)，所述支撑凸起(51)前端面设有第二轴承孔，所述第二轴承孔内也设有轴承，所述旋转舱(1)后端面设有旋转轴(52)，所述旋转轴(52)通过轴承与安装座(5)转动连接，所述安装座(5)上端面还设有减速箱(53)和伺服电机(54)，所述减速箱(53)和伺服电机(54)传动连接，所述减速箱(53)的输出轴与旋转轴(52)传动连接，所述控制系统与伺服电机(54)电连接，所述控制系统的输入端连接有加速度监测装置，所述控制系统连接有地面遥控系统。

2.根据权利要求1所述的加速度平衡装置，其特征在于：所述第二人形凹槽(21)内设有海绵垫，所述第一人形凹槽(11)底部设有可充气气垫，所述可充气气垫设有放气阀，所述可充气气垫连接有充气泵，所述旋转舱(1)内设有蓄电池，所述充气泵由蓄电池供电，所述旋转舱(1)内侧第一人形凹槽(11)手部位置设有操控按钮，所述操控按钮与充气泵电连接，所述旋转舱(1)内侧第一人形凹槽(11)手部位置还设有放气按钮，所述放气按钮与放气阀连接。

3.根据权利要求2所述的加速度平衡装置，其特征在于：所述旋转舱(1)左端面上部设有铰接座(61)，所述盖板(2)左端面下部于铰接座(61)对应位置设有铰接块(62)，所述铰接座(61)和铰接块(62)前端面均设有铰接孔，所述铰接孔内设有铰接轴，所述旋转舱(1)和盖板(2)通过铰接轴铰接。

4.根据权利要求3所述的加速度平衡装置，其特征在于：所述旋转轴(52)和支撑轴(41)均由AF1410钢制成。

5.根据权利要求4所述的加速度平衡装置，其特征在于：所述旋转轴(52)和支撑轴(41)上套设的轴承为圆柱孔调心滚子轴承。

6.根据权利要求5所述的加速度平衡装置，其特征在于：所述盖板(2)于第二人形凹槽(21)手部位置设有内陷式把手。

7.根据权利要求6所述的加速度平衡装置，其特征在于：所述旋转舱(1)和盖板(2)合成一个椭圆形。

8.根据权利要求7所述的加速度平衡装置，其特征在于：所述第二人形凹槽(21)头部位置设有海绵块，所述海绵块上喷洒有橙皮挥发油。

9.根据权利要求8所述的加速度平衡装置，其特征在于：所述旋转舱(1)上端面包覆有缓冲垫。