CN112304547B - 一种自由碰撞吸附试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自由碰撞吸附试验装置，包括：预紧装置、动能弹簧、垂直弹射支柱、上预紧压板、下预紧压板、吸附机构、目标模拟件、可调节高度支架、限位器和框架平台；下预紧压板通过可调节高度支架固定在框架平台底部；四个垂直弹射支柱垂直固定在下预紧压板上；上预紧压板穿过所述四个垂直弹射支柱，与下预紧压板间隔设置；动能弹簧套装在垂直弹射支柱上，位于上预紧压板与下预紧压板之间；限位器设置在垂直弹射支柱远离下预紧压板的一端；上预紧压板和下预紧压板在预紧装置作用下处于预弹射状态；吸附机构置于上预紧压板上；目标模拟件安装在框架平台的顶部。本发明可实现对吸附机构和吸附材料动态瞬间自由碰撞吸附性能的验证。

Description

一种自由碰撞吸附试验装置
技术领域
本发明属于空间捕获操控的碰撞吸附技术领域，尤其涉及一种自由碰撞吸附试验装置。
背景技术
碰撞吸附捕获是一种空间操控手段，适用于微小型卫星和微小型机器人平台，这里也称为追踪星，可以用于目标星在轨捕获、星表巡游等领域，是未来航天器在轨服务和空间攻防的关键技术。也可用于壁面爬行的壁虎机器人。
碰撞吸附成功需要随形吸附捕获机构和仿生吸附材料相互配合。目标星和追踪星空间进行弱碰撞，追踪星借助吸附材料和吸附机构能够成功吸附在目标星上。碰撞发生时，碰撞力相当于施加在吸附材料上的预压力，使吸附材料产生吸附力，碰撞力的反作用力反弹力若大于吸附力，追踪星与目标星吸附不成功；反弹力若小于吸附力表明吸附成功。吸附机构是让反弹力小于吸附力并使碰撞力相对长时间持续的关键装置。
目前，吸附材料动态瞬间碰撞吸附性能很难掌握，吸附成功率达到100％很难保障；以往碰撞过程都受限于绳索或滑道很难实现自由碰撞；进真空罐冷热试验需要自由碰撞吸附试验装置具有抵抗恶劣环境能力；吸附机构和吸附材料技术成熟度都不高，需要模拟碰撞全过程来指导吸附机构和吸附材料的改进等问题。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种自由碰撞吸附试验装置，可实现对吸附机构和吸附材料动态瞬间自由碰撞吸附性能的验证。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种自由碰撞吸附试验装置，包括：预紧装置、动能弹簧、垂直弹射支柱、上预紧压板、下预紧压板、吸附机构、目标模拟件、可调节高度支架、限位器和框架平台；
下预紧压板通过可调节高度支架固定在框架平台底部；
四个垂直弹射支柱垂直固定在下预紧压板上；
上预紧压板穿过所述四个垂直弹射支柱与下预紧压板间隔设置；
动能弹簧套装在垂直弹射支柱上，位于上预紧压板与下预紧压板之间；
限位器设置在垂直弹射支柱远离下预紧压板的一端，用于限制上预紧压板在竖直方向的位移；
上预紧压板和下预紧压板在预紧装置作用下处于预弹射状态；
吸附机构置于上预紧压板上；
目标模拟件安装在框架平台的顶部，位于吸附机构的正上方。
在上述自由碰撞吸附试验装置中，预紧装置，包括：拉力绳索Ⅰ、拉力绳索Ⅱ、绳索拉紧松开触发装置、绳索拉紧支撑架和绳索拉紧接头；
上预紧压板的底部四角位置处沿顺时针方向依次设置有固定点Ⅰ、固定点Ⅱ、固定点Ⅲ和固定点Ⅳ；
绳索拉紧支撑架，包括：垂直设置在下预紧压板底部的支撑架Ⅰ、支撑架Ⅱ、支撑架Ⅲ和支撑架Ⅳ；其中，四个支撑架的底部分别设置有凹槽，且四个支撑架的轴线分别与上预紧压板的底部对应的四个固定点重合；
绳索拉紧松开触发装置的一端垂直设置在下预紧压板底部的中心位置处，另一端与绳索拉紧接头连接；
拉力绳索Ⅰ的一端与固定点Ⅰ连接固定，另一端沿支撑架Ⅰ竖直向下、穿过支撑架Ⅰ的底部凹槽、绕过绳索拉紧接头后穿过支撑架Ⅳ的底部凹槽、沿支撑架Ⅳ竖直向上，最终与固定点Ⅳ连接固定；
拉力绳索Ⅱ的一端与固定点Ⅱ连接固定，另一端沿支撑架Ⅱ竖直向下、穿过支撑架Ⅱ的底部凹槽、绕过绳索拉紧接头后穿过支撑架Ⅲ的底部凹槽、沿支撑架Ⅲ竖直向上，最终与固定点Ⅲ连接固定。
在上述自由碰撞吸附试验装置中，在预紧状态下，绳索拉紧接头在绳索拉紧松开触发装置的控制下处于伸出状态，拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ在绳索拉紧接头的牵引下保持拉紧状态，为上预紧压板和下预紧压板提供预紧拉力；上预紧压板和下预紧压板在拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ提供的预紧拉力作用下靠近但不接触，动能弹簧处于压缩状态，存储弹性势能。
在上述自由碰撞吸附试验装置中，在预紧释放时，绳索拉紧接头在绳索拉紧松开触发装置的控制下处于收缩状态，绳索拉紧接头收缩后，释放对拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ的牵引力，拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ不再为上预紧压板和下预紧压板提供预紧拉力。
在上述自由碰撞吸附试验装置中，在弹射过程中，拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ不再为上预紧压板和下预紧压板提供预紧拉力，上预紧压板在动能弹簧释放的弹性势能作用下向上运动，此时位于上预紧压板上的吸附机构随上预紧压板一起向上运动；
当上预紧压板在动能弹簧释放的弹性势能作用下向上运动至限位器所在位置时，上预紧压板在限位器的限位作用下停止向上运动，此时，吸附机构在惯性作用下脱离上预紧压板继续向上运动，弹射出去，与目标模拟件发生吸附碰撞。
在上述自由碰撞吸附试验装置中，还包括：真空罐；
预紧装置、动能弹簧、垂直弹射支柱、上预紧压板、下预紧压板、吸附机构、目标模拟件、可调节高度支架、限位器和框架平台均设置在所述真空罐内。
在上述自由碰撞吸附试验装置中，还包括：电磁铁控制器和电源；
电磁铁控制器和电源设置在真空罐外部；
电源、电磁铁控制器和绳索拉紧松开触发装置通过导线依次连接。
在上述自由碰撞吸附试验装置中，上预紧压板顶部中心设置有凹槽，吸附机构置于上预紧压板顶部的凹槽内。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种自由碰撞吸附试验装置，用于验证吸附机构无约束自由碰撞过程中，将动能转化为弹性势能的性能，及吸附材料瞬态蠕变吸附能力，解决吸附捕获设备和材料研制过程中碰撞存在的问题。
(2)本发明公开了一种自由碰撞吸附试验装置，装置小巧精致，专门针对吸附机构和吸附材料设计，绳索拉紧松开触发装置和动能弹簧都可以放置在真空高低温环境下。
(3)本发明公开了一种自由碰撞吸附试验装置，核心部件均设置在真空罐内，可模拟恶劣的在轨环境(-150～+150的真空环境)，满足试验的苛刻的条件要求，通过模拟碰撞全过程来指导吸附机构和吸附材料的改进。
(4)本发明公开了一种自由碰撞吸附试验装置，实现了碰撞吸附的100％成功，具有高可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例中一种自由碰撞吸附试验装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种拉力绳索与绳索拉紧接头的紧扣方式示意图；
图3是本发明实施例中一种自由碰撞吸附试验装置型材桁架结构示意图；
图4是本发明实施例中一种吸附机构真空试验剖面图；
图5是本发明实施例中一种吸附机构高温试验剖面图；
图6是本发明实施例中一种吸附机构低温试验剖面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1和图2，在本实施例中，该自由碰撞吸附试验装置，包括：预紧装置1、动能弹簧2、垂直弹射支柱3、上预紧压板4、下预紧压板5、吸附机构6、目标模拟件7、可调节高度支架8、限位器11和框架平台。其中，下预紧压板5通过可调节高度支架8固定在框架平台底部；四个垂直弹射支柱3垂直固定在下预紧压板5上；上预紧压板4穿过所述四个垂直弹射支柱3与下预紧压板5间隔设置；动能弹簧2套装在垂直弹射支柱3上、位于上预紧压板4与下预紧压板5之间；限位器11设置在垂直弹射支柱3远离下预紧压板5的一端，用于限制上预紧压板4在竖直方向的位移；上预紧压板4和下预紧压板5在预紧装置1作用下处于预弹射状态；上预紧压板4顶部中心设置有凹槽，吸附机构6置于上预紧压板4顶部的凹槽内；目标模拟件7安装在框架平台的顶部、位于吸附机构6的正上方。
在本发明实施例中，如图1和图3，预紧装置1具体可以包括：拉力绳索Ⅰ101、拉力绳索Ⅱ102、绳索拉紧松开触发装置9、绳索拉紧支撑架10和绳索拉紧接头12。其中，上预紧压板4的底部四角位置处沿顺时针方向依次设置有固定点Ⅰ501、固定点Ⅱ502、固定点Ⅲ503和固定点Ⅳ504；绳索拉紧支撑架10，包括：垂直设置在下预紧压板5底部的支撑架Ⅰ、支撑架Ⅱ、支撑架Ⅲ和支撑架Ⅳ；其中，四个支撑架的底部分别设置有凹槽，且四个支撑架的轴线分别与上预紧压板4的底部对应的四个固定点重合；绳索拉紧松开触发装置9的一端垂直设置在下预紧压板5底部的中心位置处，另一端与绳索拉紧接头12连接；拉力绳索Ⅰ101的一端与固定点Ⅰ501连接固定，另一端沿支撑架Ⅰ竖直向下、穿过支撑架Ⅰ的底部凹槽、绕过绳索拉紧接头12后穿过支撑架Ⅳ的底部凹槽、沿支撑架Ⅳ竖直向上，最终与固定点Ⅳ504连接固定；拉力绳索Ⅱ102的一端与固定点Ⅱ502连接固定，另一端沿支撑架Ⅱ竖直向下、穿过支撑架Ⅱ的底部凹槽、绕过绳索拉紧接头12后穿过支撑架Ⅲ的底部凹槽、沿支撑架Ⅲ竖直向上，最终与固定点Ⅲ503连接固定。
在本发明实施例中，该自由碰撞吸附试验装置还可以包括：真空罐13、电磁铁控制器14和电源15。其中，预紧装置1、动能弹簧2、垂直弹射支柱3、上预紧压板4、下预紧压板5、吸附机构6、目标模拟件7、可调节高度支架8、限位器11和框架平台均设置在所述真空罐13内；电磁铁控制器14和电源15设置在真空罐13外部；电源15、电磁铁控制器14和绳索拉紧松开触发装置9通过导线依次连接。
在上述实施例的基础上，下面结合该自由碰撞吸附试验装置的试验过程进行说明：
在预紧状态下，绳索拉紧接头12在绳索拉紧松开触发装置9的控制下处于伸出状态，拉力绳索Ⅰ101和拉力绳索Ⅱ102在绳索拉紧接头12的牵引下保持拉紧状态，为上预紧压板4和下预紧压板5提供预紧拉力；上预紧压板4和下预紧压板5在拉力绳索Ⅰ101和拉力绳索Ⅱ102提供的预紧拉力作用下靠近但不接触，动能弹簧2处于压缩状态，存储弹性势能。
在预紧释放时，绳索拉紧接头12在绳索拉紧松开触发装置9的控制下处于收缩状态，绳索拉紧接头12收缩后，释放对拉力绳索Ⅰ101和拉力绳索Ⅱ102的牵引力，拉力绳索Ⅰ101和拉力绳索Ⅱ102不再为上预紧压板4和下预紧压板5提供预紧拉力。
在弹射过程中，拉力绳索Ⅰ101和拉力绳索Ⅱ102不再为上预紧压板4和下预紧压板5提供预紧拉力，上预紧压板4在动能弹簧2释放的弹性势能作用下向上运动，此时位于上预紧压板4上的吸附机构6随上预紧压板4一起向上运动；当上预紧压板4在动能弹簧2释放的弹性势能作用下向上运动至限位器11所在位置时，上预紧压板4在限位器11的限位作用下停止向上运动，此时，吸附机构6在惯性作用下脱离上预紧压板4继续向上运动，弹射出去，与目标模拟件7发生吸附碰撞。
需要说明的是：在本实施例中，可通过调节所述可调节高度支架8的高度和动能弹簧2的弹性势能储备，实现对吸附机构6与目标模拟件7的碰撞速度的调节。其中，可调节高度支架8的高度、动能弹簧2的弹性势能、吸附机构6与目标模拟件7的碰撞速度的关系如下：
Figure BDA0002658896040000061
Figure BDA0002658896040000062
其中，k表示动能弹簧的弹性系数，g表示重力加速度，x表示动能弹簧在预紧状态下的长度，x1表示动能弹簧在松弛状态下的长度或上预紧压板到达限位器时的长度，m1表示上预紧压板的质量，m2表示吸附机构的质量，v表示吸附机构与目标模拟件的碰撞速度，v分表示吸附机构的分离速度，h表示吸附机构的抛射高度。
此外，在本实施例中，目标模拟件7可以是不同材质、凹凸/倾斜程度的试件，以满足对不同类型的目标模拟件的试验需求。
在上述实施例的基础上，下面结合该自由碰撞吸附试验装置的试验流程进行说明：
选择OSR面(卫星散热面材料)作为目标模拟件7。
选择几种能够在-50℃～+100℃温度下工作的吸附材料，将选择的吸附材料与吸附机构6的足部贴合。其中，优先选择脱附力最大的吸附材料。
在目标模拟件上添加凹凸外形，进行自由碰撞试验，令吸附材料发生碰撞后吸附在凹凸外形上，如果未吸附上，则替换吸附机构的动能弹簧，在目标模拟件7具有凹凸外形的情况下选择脱附力最大的动能弹簧；如果能够吸附，则测量脱附力，从而验证吸附机构6的随形能力。
改变凹凸外形在目标模拟件7上的放置方式(如，倾斜放置)再次进行自由碰撞试验，令吸附材料发生碰撞后吸附在凹凸外形上，如果未吸附上，则替换吸附机构的动能弹簧，在目标模拟件7具有倾斜放置的凹凸外形的情况下选择脱附力最大的动能弹簧；如果能够吸附，则测量脱附力，从而验证吸附机构6的随形能力。
调整真空罐13内的温度为35℃常温，进行35℃工况下的自由碰撞试验，以验证吸附机构6在35℃的真空环境下的吸附性能。
调整真空罐13内的温度为100℃，进行100℃工况下的自由碰撞试验，以验证吸附机构6在100℃的真空环境下的吸附性能。
进一步的，可调整真空罐13内的温度为-20℃、-30℃、-40℃、-50℃、-60℃，分别进行-20℃、-30℃、-40℃、-50℃、-60℃工况下的自由碰撞试验，以研究关节的冷固现象和吸附材料的失效现象。由于之前的真空试验已经改变了吸附机构的特性，其中，-20℃、-30℃、-40℃、-50℃、-60℃工况可以不选择使用真空环境。
实施例2
在本实施例中，从试验目的及适用范围、试验项目、试验条件允许偏差、试验场地环境要求、一般要求、试验内容和条件等几方面对基于所述自由碰撞吸附试验装置进行自由碰撞吸附试验进行说明。
1、试验目的及适用范围
1.1试验目的
吸附机构碰撞吸附试验的试验目的在于：验证吸附机构在真空(真空度9.8×10-4)、高温(100℃)、低温(-20℃、-30℃、-50℃)等几种环境下，吸附机构碰撞缓冲性能及压敏胶粘附性能。通过上述验证，可以暴露出吸附机构由于元器件、材料和制造工艺缺陷所造成的影响，排除早期失效，提高产品可靠性。
1.2适用范围
后续吸附机构定型产品。
2、试验项目
吸附机构需进行的验收级试验项目如表1所示：
序号 试验项目 备注
1 真空试验 验收级
2 热坏境 验收级
3 冷环境 验收级减半
表1
3、试验条件允许偏差
试验条件允许偏差如表2所示：
Figure BDA0002658896040000081
表2
4、试验场地环境要求
温度：16℃～28℃；
相对湿度：30％～70％；
压力：试验室气压(常压)。
5、一般要求
5.1外观检查要求
在各项试验开始前和完成后，需对产品外观进行检查，需重点对以下几方面进行确认：
表面状态正常、无划痕；
缓冲腿角度无偏差；
压敏胶无撕裂；
紧固螺钉齐全、目视无松动。
5.2防静电要求
在进行直接接触产品的操作(例如：接线)时，操作者需采取必要的防静电措施，确保人体与工作台面和大地等电位。工作台面需有ESD防护措施并可靠接地。
5.3仪器设备使用要求
仪器设备需在计量和检定有效期内；
在接线时，与产品相连接的仪器设备需处于断电状态；
产品加电前，正确设置电源输出电压、电流值，合理设置电源保护电压、电流值；
若出现电源过流保护等异常现象时，需立即关闭电源并按照故障及异常情况进行处理。
5.4产品接线正确性和可靠性确认要求
确保线缆使用正确；
确保接线正确，重点关注电源输入正线、回线，电子负载正线、回线以及电压检测正线、回线的正确性；
确保电缆电连接器连接到位，接点连接可靠无松动。
6、试验内容和条件
6.1真空试验
6.11真空试验条件：环境压力：≤9.8×10-4Pa；试验温度：35℃；平均变温率：不低于1℃/min；变温率至少应>0.5℃/min。
6.12真空试验剖面图：真空试验剖面图如图4所示。
6.13真空试验步骤：a)室温下，使用压条将吸附机构试验工装压紧，保证工装可靠连接；b)将抗真空带灯摄像头固定在试验台面上，朝向吸附机构与吸附表面中间区域；c)手动压紧上预紧压板，将松弛的拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ扣紧到绳索拉紧接头上；d)将连接绳索拉紧松开触发装置的引线连接至电磁铁控制器，将电磁铁控制器与电源连接，打开电源开关，电磁铁控制器触发绳索拉紧松开触发装置工作，检查弹力碰撞是否可靠；关闭电源开关，拔掉电源线；e)再次压紧上预紧压板，将松弛的拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ扣紧到绳索拉紧接头上，测量动能弹簧的压缩长度并记录；f)将吸附机构放置到上预紧压板中心的凹槽内，确保吸附机构在凹槽内有一定游量；g)试验温度允差：低温+0℃～-4℃，高温+4℃～-0℃；h)抽真空，按照图4开始进行试验；i)当真空罐内保持恒定压力9.8×10-4Pa时，保持1小时后，采集真空罐内试验装置的碰撞情况；j)触发电源开关按钮，观察吸附碰撞效果，若吸附成功，则保持该条件，记录吸附机构脱落时间，然后增压并开罐；若吸附失败，则增压开罐；k)开罐观察吸附机构的足部，查看是否存在泄油和表面损毁等情况。
6.2高温环境试验
6.21高温试验条件：环境压力：常压；试验温度：+20℃～+100℃；平均变温率：不低于1℃/min；变温率至少应>0.5℃/min。
6.22高温试验剖面图：高温试验剖面图如图5所示。
6.23高温试验步骤：a)常压下，使用压条将吸附机构试验工装压紧，保证工装可靠连接；b)手动压紧上预紧压板，将松弛的拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ扣紧到绳索拉紧接头上；c)将连接绳索拉紧松开触发装置的引线连接至电磁铁控制器，将电磁铁控制器与电源连接，打开电源开关，电磁铁控制器触发绳索拉紧松开触发装置工作，检查弹力碰撞是否可靠；关闭电源开关，拔掉电源线；d)再次压紧上预紧压板，将松弛的拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ扣紧到绳索拉紧接头上，测量动能弹簧的压缩长度并记录；e)将吸附机构放置到上预紧压板中心的凹槽内，确保吸附机构在凹槽内有一定游量；f)将抗真空带灯摄像头固定在温箱外的台面上，朝向吸附机构与吸附表面中间区域；g)试验温度允差：低温+0℃～-4℃，高温+4℃～-0℃；h)抽真空，按照图5开始进行试验；i)当真空罐内温度达到恒定温度100℃时，保持1小时后，采集真空罐内试验装置碰撞情况；j)触发电源开关按钮，观察吸附碰撞效果，若吸附成功，则保持该条件，记录吸附机构脱落时间，然后降温并开罐；若吸附失败，则降温开罐；k)开罐观察吸附机构的足部，查看是否存在泄油和表面损毁等情况。
6.3低温环境试验
6.31低温试验条件：环境压力：常压；试验温度：-50℃～+20℃、-30℃～+20℃、-20℃～+20℃；平均变温率：不低于1℃/min；变温率至少应>0.5℃/min。
6.32低温试验剖面图：低温试验剖面图如图6所示。
6.33低温试验步骤：a)常压下，使用压条将吸附机构试验工装压紧，保证工装可靠连接；b)手动压紧上预紧压板，将松弛的拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ扣紧到绳索拉紧接头上；c)将连接绳索拉紧松开触发装置的引线连接至电磁铁控制器，将电磁铁控制器与电源连接，打开电源开关，电磁铁控制器触发绳索拉紧松开触发装置工作，检查弹力碰撞是否可靠；关闭电源开关，拔掉电源线；d)再次压紧上预紧压板，将松弛的拉力绳索Ⅰ和拉力绳索Ⅱ扣紧到绳索拉紧接头上，测量动能弹簧的压缩长度并记录；e)将吸附机构放置到上预紧压板中心的凹槽内，确保吸附机构在凹槽内有一定游量；f)将抗真空带灯摄像头固定在试验台面上，朝向吸附机构与吸附表面中间区域；g)试验温度允差：低温+0℃～-4℃，高温+4℃～-0℃；h)抽真空，按照图6开始进行试验；i)当真空罐内温度达到恒定温度-50℃时，保持1小时后，采集真空罐内试验装置碰撞情况；j)随后触发电源开关按钮，观察吸附碰撞效果，若吸附成功，则保持该条件，记录吸附机构脱落时间，然后升温并开罐；若吸附失败，则升温开罐；k)开罐观察吸附机构的足部，查看是否存在泄油和表面损毁等情况。
在本实施例中，吸附机构在不同试验条件下的碰撞结果如表3所示：
Figure BDA0002658896040000111
Figure BDA0002658896040000121
表3
其中，注：低温-20℃粘附时间保持在6个小时以上，存在粘附成功后冻在表面的可能。
在本实施例中，吸附机构在不同试验条件下的关节角变化如表4所示：
Figure BDA0002658896040000122
表4
可见，随着温度的降低，吸附机构的关节角度变化有所下降，分析原因如下：1)轴承内部润滑脂凝固阻碍滚动体转动；2)球副处润滑脂冷冻。
最终可以得出试验结论如下：
吸附机构能够承受真空环境，对其使用性能影响甚微；
吸附机构能够承受高温100℃环境，对其使用性能几乎无影响；
吸附机构在低温-20℃环境下，其使用性能略有影响；
吸附机构在低温-30℃环境下，其使用性能有所下降。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种自由碰撞吸附试验装置，其特征在于，包括：预紧装置(1)、动能弹簧(2)、垂直弹射支柱(3)、上预紧压板(4)、下预紧压板(5)、吸附机构(6)、目标模拟件(7)、可调节高度支架(8)、限位器(11)和框架平台；
下预紧压板(5)通过可调节高度支架(8)固定在框架平台底部；
四个垂直弹射支柱(3)垂直固定在下预紧压板(5)上；
上预紧压板(4)穿过所述四个垂直弹射支柱(3)与下预紧压板(5)间隔设置；
动能弹簧(2)套装在垂直弹射支柱(3)上，位于上预紧压板(4)与下预紧压板(5)之间；
限位器(11)设置在垂直弹射支柱(3)远离下预紧压板(5)的一端，用于限制上预紧压板(4)在竖直方向的位移；
上预紧压板(4)和下预紧压板(5)在预紧装置(1)作用下处于预弹射状态；
吸附机构(6)置于上预紧压板(4)上；
目标模拟件(7)安装在框架平台的顶部，位于吸附机构(6)的正上方；
其中：
预紧装置(1)，包括：拉力绳索Ⅰ(101)、拉力绳索Ⅱ(102)、绳索拉紧松开触发装置(9)、绳索拉紧支撑架(10)和绳索拉紧接头(12)；上预紧压板(4)的底部四角位置处沿顺时针方向依次设置有固定点Ⅰ(501)、固定点Ⅱ(502)、固定点Ⅲ(503)和固定点Ⅳ(504)；绳索拉紧支撑架(10)，包括：垂直设置在下预紧压板(5)底部的支撑架Ⅰ、支撑架Ⅱ、支撑架Ⅲ和支撑架Ⅳ；其中，四个支撑架的底部分别设置有凹槽，且四个支撑架的轴线分别与上预紧压板(4)的底部对应的四个固定点重合；绳索拉紧松开触发装置(9)的一端垂直设置在下预紧压板(5)底部的中心位置处，另一端与绳索拉紧接头(12)连接；拉力绳索Ⅰ(101)的一端与固定点Ⅰ(501)连接固定，另一端沿支撑架Ⅰ竖直向下、穿过支撑架Ⅰ的底部凹槽、绕过绳索拉紧接头(12)后穿过支撑架Ⅳ的底部凹槽、沿支撑架Ⅳ竖直向上，最终与固定点Ⅳ(504)连接固定；拉力绳索Ⅱ(102)的一端与固定点Ⅱ(502)连接固定，另一端沿支撑架Ⅱ竖直向下、穿过支撑架Ⅱ的底部凹槽、绕过绳索拉紧接头(12)后穿过支撑架Ⅲ的底部凹槽、沿支撑架Ⅲ竖直向上，最终与固定点Ⅲ(503)连接固定；
在弹射过程中，拉力绳索Ⅰ(101)和拉力绳索Ⅱ(102)不再为上预紧压板(4)和下预紧压板(5)提供预紧拉力，上预紧压板(4)在动能弹簧(2)释放的弹性势能作用下向上运动，此时位于上预紧压板(4)上的吸附机构(6)随上预紧压板(4)一起向上运动；
当上预紧压板(4)在动能弹簧(2)释放的弹性势能作用下向上运动至限位器(11)所在位置时，上预紧压板(4)在限位器(11)的限位作用下停止向上运动，此时，吸附机构(6)在惯性作用下脱离上预紧压板(4)继续向上运动，弹射出去，与目标模拟件(7)发生吸附碰撞；
可通过调节所述可调节高度支架(8)的高度和动能弹簧(2)的弹性势能储备，实现对吸附机构(6)与目标模拟件(7)的碰撞速度的调节；
该自由碰撞吸附试验装置，用于验证吸附机构无约束自由碰撞过程中，将动能转化为弹性势能的性能，及吸附材料瞬态蠕变吸附能力，解决吸附捕获设备和材料研制过程中碰撞存在的问题。
2.根据权利要求1所述的自由碰撞吸附试验装置，其特征在于，在预紧状态下，绳索拉紧接头(12)在绳索拉紧松开触发装置(9)的控制下处于伸出状态，拉力绳索Ⅰ(101)和拉力绳索Ⅱ(102)在绳索拉紧接头(12)的牵引下保持拉紧状态，为上预紧压板(4)和下预紧压板(5)提供预紧拉力；上预紧压板(4)和下预紧压板(5)在拉力绳索Ⅰ(101)和拉力绳索Ⅱ(102)提供的预紧拉力作用下靠近但不接触，动能弹簧(2)处于压缩状态，存储弹性势能。
3.根据权利要求2所述的自由碰撞吸附试验装置，其特征在于，在预紧释放时，绳索拉紧接头(12)在绳索拉紧松开触发装置(9)的控制下处于收缩状态，绳索拉紧接头(12)收缩后，释放对拉力绳索Ⅰ(101)和拉力绳索Ⅱ(102)的牵引力，拉力绳索Ⅰ(101)和拉力绳索Ⅱ(102)不再为上预紧压板(4)和下预紧压板(5)提供预紧拉力。
4.根据权利要求1所述的自由碰撞吸附试验装置，其特征在于，还包括：真空罐(13)；
预紧装置(1)、动能弹簧(2)、垂直弹射支柱(3)、上预紧压板(4)、下预紧压板(5)、吸附机构(6)、目标模拟件(7)、可调节高度支架(8)、限位器(11)和框架平台均设置在所述真空罐(13)内。
5.根据权利要求4所述的自由碰撞吸附试验装置，其特征在于，还包括：电磁铁控制器(14)和电源(15)；
电磁铁控制器(14)和电源(15)设置在真空罐(13)外部；
电源(15)、电磁铁控制器(14)和绳索拉紧松开触发装置(9)通过导线依次连接。
6.根据权利要求1所述的自由碰撞吸附试验装置，其特征在于，上预紧压板(4)顶部中心设置有凹槽，吸附机构(6)置于上预紧压板(4)顶部的凹槽内。
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