CN111717423A - 一种航天舱重力器 - Google Patents
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Abstract
一种航天舱内产生人工重力的器具，包括支撑轴和用于载人的悬挂器，该支撑轴与航天舱壁直接或通过支持部分连接或活动连接，该悬挂器与支撑轴连接或活动连接，允许人员乘用悬挂器围绕支撑轴做圆周运动，该支撑轴或支持部分或悬挂器附近舱壁，连接有一种或多种以下乘员施力装置：曲轴或曲柄或轮盘或轮柄或把手或扶栏或扶手，乘员通过该施力装置施力的对象是该支撑轴或支持部分或舱壁，乘员借产生的反作用力使自身和悬挂器做圆周运动，可以得到人工重力和锻炼。
Description
技术领域
本技术属于载人航天设备。
背景技术
自20世纪60年代以来，载人航天技术有了长足的发展。在已经完成的数百次空间航行活动中，宇航员基本上处于失重状态。长时间在失重状态下工作生活，对宇航员的身体特别是骨骼肌肉和心血管系统造成严重损害，返回地面后短时间几乎无法自主行走，完全恢复需要很长时间。在各种技术文献中，出现过多种关于旋转重力舱的概念和设计，但由于构造复杂、质量大、不易操作、发射成本过高而得不到实施。还有类似于“紧身衣”对宇航员身体各部位施加压力设备的设计，既不舒适也影响他们的操作或休息。因此，需要一种在航天器里可以帮助宇航员或乘客避免失重引发的健康损害的便于实施的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供航天器内使用的一种装置，可以在失重的航天舱内帮助航天员或乘客得到人工重力的效果。
本发明为一种航天舱内产生人工重力的器具，包括支撑轴和用于载人的悬挂器，该支撑轴与航天舱壁直接或通过支持部分连接或活动连接，该悬挂器与支撑轴连接或活动连接，允许人员乘用悬挂器围绕支撑轴做圆周运动。所述活动连接指的可以是通过轴承连接或铰接。当支撑轴与航天舱壁直接或通过支持部分活动连接时，该悬挂器可以与支撑轴固定连接或活动连接。支撑轴与航天舱壁直接或通过支持部分非活动连接时，该悬挂器应该与支撑轴活动连接。
该支撑轴或支持部分或悬挂器附近舱壁，应该连接有一种或多种以下乘员施力装置：曲轴或曲柄或轮盘或轮柄或把手或扶栏或扶手，乘员通过该施力装置施力的对象是该支撑轴或支持部分或舱壁。乘用人员可以对它们(施力装置)施加推或拉或扭力，借产生的反作用力使自身和悬挂器做加速或减速或匀速圆周运动，不仅能享受人工重力，还能锻炼骨骼肌肉和改善心肺功能。
所述施力装置的轮盘或轮柄或曲柄可以是单向转动轮盘或轮柄，或者止退轮盘或轮柄。
一个所述的支撑轴可以有多个悬挂器，供多人使用，它们的回转方向可以相反，这样有利于减少悬挂器运转对航天舱原有姿态或朝向的影响。
需要时，所述的支撑轴或悬挂器可以连接着驱动电机或电机减速装置，以得到电力驱动的能力。
所述支撑轴上可以固定有旋转惯性体或动量矩轮，此时航天舱壁或支持部分与支撑轴之间可以采用活动连接。悬挂器启动时，乘员向支撑轴上的施力装置(如曲轴或曲柄)施力，会使支撑轴带动旋转惯性体或动量矩轮做与悬挂器反向的转动。必要时，使用电机施力支撑轴也可以达到同样效果，这样可以保持本器具总动量矩平衡，减少悬挂器运转对航天舱原有姿态或朝向的影响。
所述悬挂器可以为梯状。
本发明的悬挂器可以包括与支撑轴连接或活动连接的悬拉部分和与悬拉部分连接的承重部分，所述承重部分一般是承担人体离心力的部分，所述活动连接指的可以是通过轴承连接或铰接。所述的承重部分可以为板状或带状或索状或网状或梯状或袋状或箱型或椅状。悬拉部分可以由绳索或链条或硬质材料或弹性部件构成。
承重部分可以较宽或较长，甚至可以令承重部分为环绕支撑轴的环板状，该环板状承重部分的直径可以接近航天舱壁的内径，这样可以让更多的人站在环板内侧，更宽松地同时享受重力。悬挂器的周围或其与运动方向平行的两侧可以设置围帘或板或薄壳或薄膜，可以减少运动时的空气阻力或令乘员更舒适。
所述的悬挂器可以有位于支撑轴两侧的承重器。位于支撑轴两侧的悬挂器或承重器可以分别载人，或者一边载人另一边载配重，还可以有固定配重的构造。这样有利于使载人的悬挂器的重心保持在支撑轴上或更接近支撑轴，以避免或减少悬挂器回转时引起的航天舱振动或摆动。
所述的悬挂器可以有位于支撑轴不同侧面的多个承重器。
所述的悬挂器可以有带孔或轴套的连杆或绳或索或带，其孔或轴套能够套在所述的曲轴或曲柄上。该连杆或绳或索或带可以由乘员手持，也可以具有供脚部蹬踏的端部，如带有踏板或钩或弯或框或镫或环的端部。
所述的曲轴或曲柄上也可以带套管，这样乘员可以手握套管推拉曲轴或曲柄。
乘员在不同的回转位置直接或间接(借助连杆等)推拉曲轴或曲柄，可以得到需要的回转动力。
附图说明
图1为本发明涉及的航天舱及其所在的航天飞船的示意图。其中，101为航天飞船，102为航天舱。
图2为本发明实施例1的器具及其所在的航天舱的横截面的剖视示意图。其中201为航天舱壁，202为支撑轴，203为悬拉部分，204为承重部分，205为支持部分，206为航天舱乘员，207为航天舱端壁，208为航天舱壁内表面，209为悬拉部分的端部轴套，210为环状把手。
图3为本发明实施例2的器具及其所在的航天舱纵截面的局部剖视示意图。其中201为航天舱壁，202为支撑轴，203为悬拉部分，204为承重部分，205为支持部分，206为航天舱乘员，207为航天舱端壁，209为悬拉部分的端部轴套，301为轮盘，302为护栏。
图4为本发明的实施例3的器具及其所在的航天舱纵截面的局部剖视示意图。其中201为航天舱壁，202为支撑轴，203为悬拉部分，204为承重部分，205为支持部分，206为航天舱乘员，207为航天舱端壁，209为悬拉部分的端部轴套，401为曲轴，402为带连杆轴套的连杆。
图5为本发明的实施例4的器具及其所在的航天舱的横截面的剖视示意图。其中201为航天舱壁，202为支撑轴，203为悬拉部分，204为承重部分，205为支持部分，206为航天舱乘员，209为悬拉部分的端部轴套，501为曲柄。
图6为本发明的实施例5的器具及其所在的航天舱的横截面的剖视示意图。其中201为航天舱壁，202为支撑轴，203为悬拉部分，204为承重部分，205为支持部分，206为航天舱乘员，209为悬拉部分的端部轴套，601为环状扶手，602为扶手支架。
具体的实施方式
以下参考附图进行具体说明。
其中，实施例1(参见图2)是一种秋千式产生人工重力的器具，筒状航天舱壁201上通过柱状支持部分205固定连接着支撑轴202，悬拉部分203的端部轴套209套在支撑轴上，悬拉部分203一两根拉杆所牵引的承重部分204可以承载航天舱乘员206，他可以站在承重部分(踏板)上，通过向环状把手210施力而获得反作用力使悬挂器和自身一起回转，并从踏板获得适当的向心力(人工重力效果)，或停止。环状把手固定在柱状支持部分上。
实施例2(参见图3)在各方面与实施例1大致相似，桶状航天舱壁201上通过2根柱状支持部分205固定连接着支撑轴202，索状悬拉部分203端部的轴套209通过滚珠轴承套在支撑轴上，承重部分204为一吊篮，还在悬拉部分上设置了护栏302。只是没有实施例1里固定在柱状支持部分上的环状把手，代之以固定在支撑轴202上轮盘301，乘员可以通过向轮盘施力而获得反作用力进行回转。
实施例3(参见图4)在各方面几乎与实施例2相同，只是没有实施例2里固定在支撑轴202上轮盘301，代之以连接在支撑轴202上的曲轴401，而且多了一根带连杆轴套的连杆402，其连杆轴套可以套在所述的曲轴上。乘员可以徒手握曲轴或曲轴套管，或者手持连杆，向曲轴施力而获得反作用力，进行回转或减速。
实施例4(参见图5)的支撑轴202为分离的两根短轴，其轴心位于一条几何直线的不同区段，分别通过盘状支持部分205固定在桶状航天舱壁201相对的两个部位上。悬拉部分203的两根拉杆分别通过轴套209与两边的支撑轴连接，乘员206可以站在箱式承重部分204上，用手推拉固定在支撑轴上的曲柄501，获得动力。这种设计的装置更适合在较小的舱内空间里安装，乘员头部不会受到支撑轴的妨碍。
实施例5(参见图6)的器具的承重部分204为围绕支撑轴的环板状，环板直径超过5米，这样可以让更多的人更宽松地同时享受重力。在其他实施例里，承重部分也可以选择多半环状或半环状或小半环状或弧状。牵拉承重部分的悬拉部分203的3对拉杆分别通过轴套209与支撑轴202活动连接，筒状航天舱壁201上通过柱状支持部分205固定连接着支撑轴。环状扶手601经过扶手支架602固定在航天舱壁上。乘员206们可以站在环状承重部分内侧，用手推拉环状扶手获得动力。需要时，支撑轴或悬挂器可以连接驱动电机或电机减速装置(附图里未画出)，以电力驱动悬挂器。
实施例6与实施例1基本相同，该悬挂器有对称的位于支撑轴两侧的承重部分，可以分别载人，或者一边载人另一边载配重，悬挂器上有固定配重的构造。
在实施例7中，一根支撑轴上有两个并列的悬挂器，按相反方向回转。
实施例8的悬挂器为梯状，它的承重部分为梯子的多根横档，供脚蹬手扶。
以上为示例性说明，不得以此限制本发明的权益。
Claims (9)
1.一种航天舱内产生人工重力的器具，包括支撑轴和用于载人的悬挂器，该支撑轴与航天舱壁直接或通过支持部分连接或活动连接，所述悬挂器与支撑轴连接或活动连接，允许人员乘用悬挂器围绕支撑轴做圆周运动，该支撑轴或支持部分或悬挂器附近舱壁，连接有一种或多种以下乘员施力装置：曲轴或曲柄或轮盘或轮柄或把手或扶栏或扶手，乘员通过该施力装置施力的对象是所述支撑轴或支持部分或舱壁。
2.按照权利要求1所述的器具，一个所述的支撑轴有多个悬挂器。
3.按照权利要求1所述的器具，所述的支撑轴或悬挂器连接着驱动电机或电机减速装置。
4.按照权利要求1所述的器具，所述支撑轴上可以固定有旋转惯性体或动量矩轮，此时航天舱壁或支持部分与支撑轴之间采用活动连接。
5.按照权利要求1所述的器具，包括带孔或轴套的连杆或绳或索或带，其孔或轴套套在所述的曲轴或曲柄上。
6.按照权利要求1所述的器具，所述的悬挂器包括与支撑轴连接或活动连接的悬拉部分和与悬拉部分连接的承重部分。
7.按照权利要求5所述的器具，所述的承重部分为板状或带状或索状或网状或梯状或袋状或箱型或椅状。
8.按照权利要求5所述的器具，所述的悬挂器具有位于支撑轴两侧的承重器。
9.按照权利要求5所述的器具，所述的承重部分为环绕支撑轴的环板状。
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