CN208498816U - 一种微低重力模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微低重力模拟装置，包括导磁平板、回转机构、圆弧导轨、倒吸式轴承、滑轮组、悬吊机构和定滑轮；导磁平板、圆弧导轨分别水平放置，圆弧导轨圆心位于回转机构回转轴线上；倒吸式轴承稳定在导磁平板底面一非接触平衡点处方；悬吊机构通过滑轮组吊装在倒吸式轴承上，绳索一端固定在圆弧导轨的滑块上，另一端绕过第一定滑轮后挂装有配重块。本实用新型所述的一种微低重力模拟装置，提供一种低成本微重力模拟实验环境，倒吸式轴承结合气浮技术和电磁技术，其能够吸附在导磁平板下表面，在该导磁平板底面平面内进行自由移动，且具有无摩擦、非接触优点，使试验干扰大大降低，进一步增大了试验模拟结果的精确性。

Description

一种微低重力模拟装置

技术领域

本实用新型属于航天领域微低重力环境模拟技术领域，尤其是涉及一种微低重力模拟装置。

背景技术

通过地面设备模拟仿真航天器的特殊工作环境进行测试试验以在地面研究验证航天器结构性能是在航天领域常用的一种方法，也是研制过程中兼顾经济性和时效性的一种策略。

近年来，航天器结构越来越复杂，其上的可展开机构如雷达天线、太阳翼、机械臂等也趋向复杂化和大型化，表现为运动部件多，机构复杂、精度要求高，展开轨迹复杂和运动范围大等，利用传统的微重力模拟方法进行航天器可展开机构的微重力试验已经越来越难以满足要求。

传统的微重力模拟方法包括气浮法，悬吊法、水浮法、落塔法、失重飞机法等。气浮式微重力模拟系统通常利用气体润滑机理在气浮垫和气浮支撑平台之间创造的一层薄薄的气模，将在地面重力环境中展开的天线所受的外扰动力/力矩降至最低。此外，由于气浮装置的微扰动特性，可以用于天线与卫星/模拟墙之间的微应力装配以及天线的微重力展开试验等，随着试验技术指标要求的精度越来越高，采用气浮式微低重力模拟方式，利用超平平台、圆弧导轨和气浮轴承等技术模拟航天器运动的微低重力环境成为一种扰动小和精度高的方法。然而受限于气浮平台和导轨等外形限制，展开运动的空间受限，展开时多需增加复杂的支撑机构等附加质量，造成额外扰动。悬吊法常用支架，龙门架，摆臂等结构悬挂展开机构，结构复杂，悬吊的跟随机构如摆臂等结构复杂，质量较大，对航天器展开机构的运动形成较大的附加扰动，运动惯量大，影响展开精度。水浮法精度低，阻力大，难以满足高精度试验要求，其他落塔法、失重飞机法等不适用于当前航天器的微重力试验条件和要求，且成本较高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种微低重力模拟装置，以满足于现在大型航天器微重力试验要求。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种微低重力模拟装置，包括倒吸式轴承、滑轮组、悬吊机构及位置相对固定的导磁平板、回转机构、圆弧导轨和第一定滑轮；满足：

导磁平板、圆弧导轨分别水平放置，回转机构回转轴线竖直设置，圆弧导轨为气浮导轨结构，该圆弧导轨圆心位于回转机构回转轴线上；

第一定滑轮安装在回转机构上，第一定滑轮跟随回转机构回转；

倒吸式轴承包括气浮垫及安装在该气浮垫上的磁铁机构,气浮垫出气孔设置在其顶面，高压气体通过出气孔输出后在气浮垫和导磁平板间形成气膜，通过磁铁机构和导磁平板间吸附力将倒吸式轴承稳定在导磁平板底面一非接触平衡点处；

悬吊机构通过滑轮组吊装在倒吸式轴承上，该滑轮组匹配设置的绳索绕过该滑轮组后，其一端固定在圆弧导轨的滑块上，该绳索另一端绕过第一定滑轮后挂装有配重块。

进一步的，所述磁铁机构包括永磁体和电磁体，所述气浮垫顶面居中设有凹陷部，所述永磁体嵌装在该凹陷部内，电磁体两个磁极连线竖直设置，通过改变电磁体线圈电流大小和方向，调整倒吸式轴承和导磁平板间吸附力大小。

进一步的，所述电磁体设有多个，该多个电磁体绕永磁体均匀布置。

进一步的，所述倒吸式轴承还包括基块，所述基块为导磁基块，所述气浮垫嵌装在基块顶部，所述电磁体安装在基块上。

进一步的，所述倒吸式轴承底部设有减震机构，所述滑轮组安装在该减震机构上。

进一步的，所述滑轮组包括两个第二定滑轮和一动滑轮，两个第二定滑轮分别安装在倒吸式轴承上，所述动滑轮设置在两个第二定滑轮间。

进一步的，所述圆弧导轨、第一定滑轮和两个第二定滑轮同一水平面设置。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种微低重力模拟装置具有以下优势：

本实用新型所述的一种微低重力模拟装置，提供一种低成本微重力模拟实验环境，其应用倒吸式轴承连接悬吊点，组合应用导轨、滑轮组、配重等使悬吊点能够在三维空间内运动时始终只受到竖直方向的拉力，从而实现微低重力模拟，相对于以往的极坐标摆臂式等微低重力装置，因为没有摆臂等机械结构，同时绳索本身具有较大柔性，大大减小了悬吊点运动时的惯量影响，使微低重力试验模拟结果更精确，同时，倒吸式轴承结合气浮技术和电磁技术，其能够吸附在导磁平板下表面，在该导磁平板底面平面内进行自由移动，且具有无摩擦、非接触优点，使试验干扰大大降低，进一步增大了对航天器展开机构试验模拟结果的精确性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种微低重力模拟装置主视图；

图2为本实用新型实施例所述的一种微低重力模拟装置俯视图；

图3为本实用新型实施例中倒吸式轴承结构示意图。

附图标记说明：

1-圆弧导轨； 12-滑块；

2-倒吸式轴承； 22-气浮垫；

23-电磁体； 24-气嘴；

25-供电接口； 28-基块；

29-永磁体； 3-导磁平板；

4-回转机构； 5-滑轮组；

51-第二定滑轮； 52-动滑轮；

6-配重块； 7-减震机构；

8-悬吊机构； 9-固定板；

10-绳索； 11-第一定滑轮；

12-滑块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1、2和3所示，一种微低重力模拟装置，包括导磁平板3、回转机构4、圆弧导轨1、倒吸式轴承2、滑轮组5、悬吊机构8和定滑轮11；导磁平板3、回转机构4和圆弧导轨1位置相对固定，例如将该导磁平板3、回转机构4和圆弧导轨1分别安装在屋顶或固定板9上，其中，导磁平板3水平放置，回转机构4回转轴线竖直设置，回转机构4可以为回转轴承或转盘结构，圆弧导轨1水平设置，圆弧导轨1为气浮导轨结构，圆弧导轨1圆心位于回转机构4回转轴线上；第一定滑轮11安装在回转机构4中心处，第一定滑轮11跟随回转机构4转动；悬吊机构8用于盛装待实验航天器展开机构，悬吊机构8包括吊装航天器展开机构的悬吊工件及吊索，吊索上设有关节轴承或十字轴结构，以适应展开机构的运动，使展开机构受到的悬吊拉力保持竖直向上，悬吊机构8通过滑轮组5吊装在倒吸式轴承2上，倒吸式轴承2通过滑轮组5、悬吊机构8最终和航天器展开机构连接，承受载荷，该滑轮组5匹配设置的绳索10绕过该滑轮组5后，其一端固定在圆弧导轨1 的滑块12上，该绳索10另一端绕过第一定滑轮11后挂装有配重块6，配重块6为悬吊机构提供向上的拉力，倒吸式轴承2包括气浮垫22及设置在气浮垫22上的磁铁机构,磁铁机构包括永磁体29和电磁体23，所述气浮垫 22出气孔设置在其顶面，所述气浮垫22顶面居中设有凹陷部，所述永磁体 29嵌装在该凹陷部内，永磁体29两个磁极连线竖直设置，所述电磁体23 两个磁极连线竖直设置；电磁体23可以为一个，也可以为多个，电磁体23 为一个时，永磁体29位于电磁体23通电线圈中心处，电磁体23为多个时，该多个电磁体23围绕永磁体29均匀布置；本实施例中，优选的，电磁体23 连接在气浮垫22侧壁上，气浮垫22设置有基块28上，基块28为导磁基块，具体结构为，基块28顶面开设有用于盛装气浮垫22的凹腔，气浮垫22嵌安装在该凹腔内，基块28对气浮垫起到保护作用，电磁体23安装在基块28 上。该结构在使用时，通过永磁体、电磁体和导磁平板3间的吸附力使气浮轴承结构吊装在导磁平板上，通过改变电磁体3线圈电流大小和方向，例如，如果永磁体29单独作用时，其和导磁平板3间吸力如果过大，调整电磁体3 电流方向，使得永磁体23磁力线方向和永磁体29磁力线方向相反，并调整电磁体3电流大小，由此调整了倒吸式轴承2和导磁平板间吸附力大小，保证两者间形成气膜层后，通过该吸附力将倒吸式轴承2稳定在导磁平板3底面一非接触平衡点处，此时，倒吸式轴承2和导磁平板3组成平面运动副，具体实验时，将航天器展开机构和悬吊机构8的悬吊工件连接，通过该悬吊机构8将航天器展开机构悬吊，连接配重块6的绳索通过第一定滑轮11和滑轮组5连接倒吸式轴承2和悬吊机构8，并最终连接在圆弧导轨1的滑块12上，配重块6将绳索10拉直，使滑块12和倒吸式轴承2位于同一极轴上，这时倒吸式轴承2受到滑块12的拉力和反方向相等的配重块6的拉力，处于平衡状态，航天器展开机构如雷达天线、太阳翼、机械臂展开时，导致悬吊机构8位置产生变化，悬吊机构8带动倒吸式轴承运动时，滑块12跟随运动，该倒吸式轴承2始终处于同一极轴的受力平衡状态。

本实施例中，所述基块28开设有第一通道，第一通道和气浮垫22进气口连通，该第一通道出口设置在基块28底面，该第一通道出口设有气嘴 24，所述基块28底面还设有供电接口25，通过所述供电接口25向电磁体 23提供电源。

本实施例中，所述倒吸式轴承2底部设有减震机构7，减震机构7可采用弹簧和屈曲梁组合构成的零刚度机构，所述滑轮组5安装在该减震机构7 上。

本实施例中，所述滑轮组5包括两个第二定滑轮51和一动滑轮52，两个第二定滑轮51分别安装在倒吸式轴承2上，所述动滑轮52设置在两个第二定滑轮51下方中间处，所述圆弧导轨1、第一定滑轮11和两个第二定滑轮51同一水平面设置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微低重力模拟装置，其特征在于：包括倒吸式轴承(2)、滑轮组(5)、悬吊机构(8)及位置相对固定的导磁平板(3)、回转机构(4)、圆弧导轨(1)和第一定滑轮(11)；满足：

导磁平板(3)、圆弧导轨(1)分别水平放置，回转机构(4)回转轴线竖直设置，圆弧导轨(1)为气浮导轨结构，该圆弧导轨(1)圆心位于回转机构(4)回转轴线上；

第一定滑轮(11)安装在回转机构(4)上，第一定滑轮(11)跟随回转机构(4)回转；

倒吸式轴承(2)包括气浮垫(22)及安装在该气浮垫上的磁铁机构,气浮垫(22)出气孔设置在其顶面，高压气体通过出气孔输出后在气浮垫(22)和导磁平板(3)间形成气膜，通过磁铁机构和导磁平板(3)间吸附力将倒吸式轴承(2)稳定在导磁平板(3)底面一非接触平衡点处；

悬吊机构(8)通过滑轮组(5)吊装在倒吸式轴承(2)上，该滑轮组(5)匹配设置的绳索(10)绕过该滑轮组(5)后，其一端固定在圆弧导轨(1)的滑块(12)上，该绳索(10)另一端绕过第一定滑轮(11)后挂装有配重块(6)。

2.根据权利要求1所述的一种微低重力模拟装置，其特征在于：所述磁铁机构包括永磁体(29)和电磁体(23)，所述气浮垫(22)顶面居中设有凹陷部，所述永磁体(29)嵌装在该凹陷部内，电磁体(23)两个磁极连线竖直设置，通过改变电磁体(23)线圈电流大小和方向，调整倒吸式轴承(2)和导磁平板(3)间吸附力大小。

3.根据权利要求2所述的一种微低重力模拟装置，其特征在于：所述电磁体(23)设有多个，该多个电磁体(23)绕永磁体(29)均匀布置。

4.根据权利要求3所述的一种微低重力模拟装置，其特征在于：所述倒吸式轴承还包括基块(28)，所述基块(28)为导磁基块，所述气浮垫(22)嵌装在基块(28)顶部，所述电磁体(23)安装在基块(28)上。

5.根据权利要求1所述的一种微低重力模拟装置，其特征在于：所述倒吸式轴承(2)底部设有减震机构(7)，所述滑轮组(5)安装在该减震机构(7)上。

6.根据权利要求1所述的一种微低重力模拟装置，其特征在于：所述滑轮组(5)包括两个第二定滑轮(51)和一动滑轮(52)，两个第二定滑轮(51)分别安装在倒吸式轴承(2)上，所述动滑轮(52)设置在两个第二定滑轮(51)间。

7.根据权利要求6所述的一种微低重力模拟装置，其特征在于：所述圆弧导轨(1)、第一定滑轮(11)和两个第二定滑轮(51)同一水平面设置。