CN212541666U - 微重力落塔实验设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微重力落塔实验设备，包括：塔架(1)、吊装提升装置(2)、自由落体装置(3)、释放装置(4)和制动装置(6)；自由落体装置(3)包括：密闭的防风舱(3‑1)、净落体结构(3‑2)和制动翅板(3‑3)；制动翅板(3‑3)安装在防风舱(3‑1)的外壁上；制动装置(6)包括：永磁制动组件(6‑1)和缓冲组件(6‑2)；永磁制动组件(6‑1)设置在塔架(1)上，制动翅板(3‑3)在自由落体装置(3)降落时，切割永磁制动组件(6‑1)的磁力线；缓冲组件(6‑2)设置在塔架(1)底部，用于停止自由落体装置(3)的降落，结构简单，操作容易，设备使用费用低，试验可靠性及重复性好。

Description

微重力落塔实验设备

技术领域

本实用新型涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种微重力落塔实验设备。

背景技术

随着我国航空航天技术不断发展，微重力学科已从理论研究探索逐步向实验和空间应用深度发展。而微重力落塔实验设备即是开展微重力实验研究的重要设备。

微重力落塔实验设备主要为航空航天科研实验或训练提供必要的微重力环境，可以利用该设备搭载一些试验设备开展多相流体介质燃烧、流体实验等，意在揭示一些物质的演变过程新现象和新规律等，减少在失重飞机或卫星上开展实验成本，缩短试验周期。

现阶段的微重力落塔实验设备主要采用落塔法，在对自由落体装置进行减速时，主要采用障碍物(例如网)进行阻挡，存在自由落体装置磨损、微重力实验精度差等问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种微重力落塔实验设备，用于缓解现有微重力落塔实验设备存在的自由落体装置磨损、微重力实验精度差等问题。

本实用新型实施例提供一种微重力落塔实验设备，包括：塔架1、吊装提升装置2、自由落体装置3、释放装置4和制动装置6；其中，

所述自由落体装置3在所述塔架1内提升或降落，所述吊装提升装置2安装在所述塔架1的顶部，用于提升所述自由落体装置3，所述释放装置4安装在所述塔架1的顶部，用于固定或释放所述自由落体装置3；

所述自由落体装置3包括：密闭的防风舱3-1、净落体结构3-2和制动翅板 3-3；所述净落体结构3-2设置在所述防风舱3-1内，并可在所述防风舱3-1内活动，所述防风舱3-1为所述净落体结构3-2提供微重力环境，所述制动翅板 3-3安装在所述防风舱3-1的外壁上；所述制动翅板3-3的导电率不低于预设导电率；

所述制动装置6包括：永磁制动组件6-1和缓冲组件6-2；所述永磁制动组件6-1设置在所述塔架1上，所述制动翅板3-3在所述自由落体装置3降落时，切割所述永磁制动组件6-1的磁力线；所述缓冲组件6-2设置在所述塔架1底部，用于停止所述自由落体装置3的降落。

一种可行的实现方式中，所述制动翅板3-3的数量为两个，对称设置在所述防风舱3-1的外壁上；所述永磁制动组件6-1包括2N个永磁制动器，所述N 为正整数，所述永磁制动器沿所述塔架1的高度方向对称布置。

一种可行的实现方式中，所述永磁制动器的截面呈U型，所述制动翅板3-3 在所述自由落体装置3降落时，穿过所述永磁制动器的U型开口。

一种可行的实现方式中，所述吊装提升装置2包括：电动葫芦和锁具；所述电动葫芦安装在所述塔架1的顶部，所述锁具设置在所述电动葫芦的吊钩处，随着所述吊钩的释放和收回而动作；

在提升所述自由落体装置3时，所述防风舱3-1顶部的吊环3-4连接在所述锁具2-2上。

一种可行的实现方式中，所述净落体结构3-2的顶部为凸圆锥结构；

所述防风舱3-1的顶部设置有通孔，所述通孔为内凹式锥面，与所述净落体结构3-2的顶部相配合。

一种可行的实现方式中，所述释放装置4包括气动夹头，所述气动夹头安装在所述塔架1的顶部；所述净落体结构3-2的顶部设置有凸出所述防风舱3-1 的连接杆3-5；

在所述自由落体装置3降落前，所述气动夹头夹持所述连接杆3-5；所述气动夹头通过电磁阀控制实现气动夹头的释放与夹持。

一种可行的实现方式中，所述永磁制动组件6-1沿重力方向在所述塔架1 上的排布先稀疏再密集。

一种可行的实现方式中，微重力落塔实验设备还包括：导向钢丝绳5；

所述导向钢丝绳5沿重力方向安装在所述塔架1内，所述制动翅板3-3中间带有圆孔，所述导向钢丝绳5穿过所述圆孔。

本实用新型实施例提供的微重力落塔实验设备，采用塔式结构，包括：塔架1、吊装提升装置2、自由落体装置3、释放装置4和制动装置6，吊装提升装置2位于塔架1顶端，释放装置4安装在塔架1上，通过释放装置4实现自由落体装置3快速开始下落的同时自由落体装置3内部装置处于微重力自由落体状态；整套设备结构简单，操作容易，可以满足地面情况下前期微重力实验研究，具有操作简单，试验可靠性、可重复性高，试验成本低等特点。自由落体装置3的防风舱3-1两侧对称安装有导电率较高的制动翅板3-3，其材质可以是铝合金或铜合金或者分段导电率较高材质组合应用，制动装置6采用非接触式的永磁涡流制动结构，永磁制动组件6-1左右对称排布，实现自由落体装置 3缓慢减速再均速下落，再经制动装置6底部的缓冲组件6-2减速直至停止。可以实现，自由落体装置3从＞40m高度自由下落，确保长距离导向；防风舱 3-1舱体内部装置在下落过程中不受风阻影响，内部装置与外部装置同时下落，且内部装置只在重力状态下落，高速下落后在保证舱体方向不变情况下实现缓慢减速直到停止。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本实用新型一实施例提供的微重力落塔实验设备的结构示意图一；

图1b为本实用新型一实施例提供的微重力落塔实验设备的结构示意图二；

图1c为本实用新型一实施例提供的微重力落塔实验设备的结构示意图三；

图2a为本实用新型一实施例提供的自由落体装置的结构示意图一；

图2b为本实用新型一实施例提供的自由落体装置的结构示意图二；

图3为本实用新型一实施例提供的塔架的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的永磁制动组件的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例提供的制动翅板的结构示意图；

附图标记说明：

1—塔架； 2—吊装提升装置； 3—自由落体装置；

4—释放装置； 5—导向钢丝绳； 6—制动装置；

3-1—防风舱； 3-2—净落体结构； 3-3—制动翅板；

3-4—吊环； 3-5—连接杆； 6-1—永磁制动组件；

6-2—缓冲组件。

具体实施方式

图1a为本实用新型一实施例提供的微重力落塔实验设备的结构示意图一，图1b为本实用新型一实施例提供的微重力落塔实验设备的结构示意图二，图 1c为本实用新型一实施例提供的微重力落塔实验设备的结构示意图三。如图 1a-1c所示，本实用新型实施例提供的微重力落塔实验设备垂直安装与地面上，呈塔式结构，主要包括：塔架1、吊装提升装置2、自由落体装置3、释放装置 4和制动装置6。其中，

自由落体装置3包括密闭的防风舱3-1、可与防风舱3-1分离的净落体结构 3-2和对称安装在防风舱3-1外部的制动翅板3-3。

图2a为本实用新型一实施例提供的自由落体装置的结构示意图一，图2b 为本实用新型一实施例提供的自由落体装置的结构示意图二，如图2a-2b所示，一种可能的示例中，净落体结构3-2上端采用圆锥结构，与防风舱3-1顶部出口内凹式锥面配合，实现净落体结构3-2与防风舱3-1释放前相对位置不变，同时能够实现自由落体装置3下落过程中净落体结构3-2和防风舱3-1瞬间无摩擦分离。净落体结构3-2和防风舱3-1内部存在高度差，此高度差提供微重力时间，防风舱3-1两侧对称安装有导电率较高的制动翅板3-3，其材质可以是铝合金或铜合金或者分段导电率较高材质组合应用。

示例性的，吊装提升装置2包括电动葫芦和锁具，电动葫芦提供锁具与自由落体装置3的防风舱3-1上设置的吊环3-4连接，实现自由落体装置3的吊装提升。

释放装置4包括一套气动夹头，通过电磁阀控制实现气动夹头的松开与夹持。自由落体装置3在安装完后，通过气动夹头4夹紧净落体结构3-2上凸出防风舱3-1外的连接杆3-5，以保持静止状态。

示例性的，图3为本实用新型一实施例提供的塔架的结构示意图，图4为本实用新型一实施例提供的永磁制动组件的结构示意图，图5为本实用新型一实施例提供的制动翅板的结构示意图，如图3-5所示，导向钢丝绳5垂直安装与塔架1上下两端，钢丝绳材质为具有较高强度、耐磨性的非磁性材料。制动翅板3-3中间带有圆孔，可穿过重力方向导向钢丝绳5。

制动装置6包括安装在塔架上的永磁制动组件6-1和缓冲组件6-2，其工作原理是：自由落体装置3通过释放装置4释放后在下落过程中高速进入永磁制动组件6-1，制动翅板3-3切割磁力线后并在上形成涡流，磁场与涡流相互作用产生阻力，达到落体部分减速的目的。随着落体速度的降低，制动力也降低，当制动力与落体部分自重达到平衡，落体部分匀速运动，最终通过缓冲组件6-2 缓冲停止。

示例性的，沿塔架1自上而下分别布置安装永磁制动组件6-1、缓冲组件 6-2。永磁制动组件6-1主要由多段一定长的永磁制动器组成，安装于塔架1中下部内侧，分成两组左右对称布置，永磁制动器与塔架1之间可以通过螺栓连接。永磁制动组件6-1的永磁制动器截面呈U型对称分布，永磁制动器内部U 口(宽度稍大于感应厚度)处留有可通过感应板的气隙，为了保证制动翅板3-3 通过永磁制动器气隙时尽量居中，永磁体的外壳同时兼具摩擦导向的功能。

为了使自由落体装置3原有钢丝绳导向与永磁制动器的自有导向更好地衔接，制动翅板3-3与钢丝绳导向5的结构设置在自由落体装置3的同一侧。

可选的，缓冲组件6-2可以为油液缓冲装置，其上端可安装非金属耐磨耐冲击材质的缓冲垫，实现自由落体装置经减速下落时缓慢停止。

本实用新型提供的微重力落塔实验设备设计方案，通过释放装置实现自由落体装置3快速下落同时自由落体装置3内部的装置处于微重力自由落体状态；整套设备结构简单，操作简单，可以满足前期微重力实验研究，具有操作简单，试验重复性高，实验数据可靠稳定，试验成本低等特点。自由落体装置3采用防风舱和净落体结构，净落体结构上端采用圆锥结构，与防风舱顶部出口内凹式锥面配合，实现净落体结构与防风舱释放前相对位置不变，同时能够实现自由落体装置下落过程中，净落体结构和防风舱瞬间无摩擦分离。防风舱下端为密闭结构，前端为锥形结构，舱体两侧对称安装有导电率较高的制动翅板，其材质可以是铝合金或铜合金或者分段组合应用。释放装置采用气体驱动夹头通过夹紧与松开自由落体装置中的连接杆，分别实现自由落体装置位置固定与瞬间下落，释放时将防风舱和净落体结构同时在短时间内处于自由落体状态，因采用气动形式，可实现快速释放。导向装置为两根对称的垂直钢丝绳，其穿过防风舱两侧制动翅板导向孔，可以保证自由落体装置在下落过程中沿着重力方向下落，同时降低防风舱舱体受风阻影响导致大幅度摆动。制动装置采用永磁涡流制动结构，永磁制动器在塔架上左右对称排布，重力方向先稀疏再密集排布，实现自由落体装置缓慢减速再均速下落。

Claims (8)

1.一种微重力落塔实验设备，其特征在于，包括：塔架(1)、吊装提升装置(2)、自由落体装置(3)、释放装置(4)和制动装置(6)；其中，

所述自由落体装置(3)在所述塔架(1)内提升或降落，所述吊装提升装置(2)安装在所述塔架(1)的顶部，用于提升所述自由落体装置(3)，所述释放装置(4)安装在所述塔架(1)的顶部，用于固定或释放所述自由落体装置(3)；

所述自由落体装置(3)包括：密闭的防风舱(3-1)、净落体结构(3-2)和制动翅板(3-3)；所述净落体结构(3-2)设置在所述防风舱(3-1)内，并可在所述防风舱(3-1)内活动，所述防风舱(3-1)为所述净落体结构(3-2)提供微重力环境，所述制动翅板(3-3)安装在所述防风舱(3-1)的外壁上；所述制动翅板(3-3)的导电率不低于预设导电率；

所述制动装置(6)包括：永磁制动组件(6-1)和缓冲组件(6-2)；所述永磁制动组件(6-1)设置在所述塔架(1)上，所述制动翅板(3-3)在所述自由落体装置(3)降落时，切割所述永磁制动组件(6-1)的磁力线；所述缓冲组件(6-2)设置在所述塔架(1)底部，用于停止所述自由落体装置(3)的降落。

2.根据权利要求1所述的微重力落塔实验设备，其特征在于，所述制动翅板(3-3)的数量为两个，对称设置在所述防风舱(3-1)的外壁上；所述永磁制动组件(6-1)包括2N个永磁制动器，所述N为正整数，所述永磁制动器沿所述塔架(1)的高度方向对称布置。

3.根据权利要求2所述的微重力落塔实验设备，其特征在于，所述永磁制动器的截面呈U型，所述制动翅板(3-3)在所述自由落体装置(3)降落时，穿过所述永磁制动器的U型开口。

4.根据权利要求1所述的微重力落塔实验设备，其特征在于，所述吊装提升装置(2)包括：电动葫芦和锁具；所述电动葫芦安装在所述塔架(1)的顶部，所述锁具设置在所述电动葫芦的吊钩处，随着所述吊钩的释放和收回而动作；

在提升所述自由落体装置(3)时，所述防风舱(3-1)顶部的吊环(3-4)连接在所述锁具上。

5.根据权利要求1所述的微重力落塔实验设备，其特征在于，所述净落体结构(3-2)的顶部为凸圆锥结构；

所述防风舱(3-1)的顶部设置有通孔，所述通孔为内凹式锥面，与所述净落体结构(3-2)的顶部相配合。

6.根据权利要求5所述的微重力落塔实验设备，其特征在于，所述释放装置(4)包括气动夹头，所述气动夹头安装在所述塔架(1)的顶部；所述净落体结构(3-2)的顶部设置有凸出所述防风舱(3-1)的连接杆(3-5)；

在所述自由落体装置(3)降落前，所述气动夹头夹持所述连接杆(3-5)；所述气动夹头通过电磁阀控制实现气动夹头的释放与夹持。

7.根据权利要求2所述的微重力落塔实验设备，其特征在于，所述永磁制动组件(6-1)沿重力方向在所述塔架(1)上的排布先稀疏再密集。

8.根据权利要求1所述的微重力落塔实验设备，其特征在于，还包括：导向钢丝绳(5)；

所述导向钢丝绳(5)沿重力方向安装在所述塔架(1)内，所述制动翅板(3-3)中间带有圆孔，所述导向钢丝绳(5)穿过所述圆孔。

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