RU152325U1

RU152325U1 - STAND OF SIMULATION OF Zero Gravity of Cosmonauts

Info

Publication number: RU152325U1
Application number: RU2014137347/11U
Authority: RU
Inventors: Валерий Петрович Папирняк; Александр Львович Свеколкин; Николай Георгиевич Усачёв; Станислав Валерьевич Папирняк
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2015-05-20

Abstract

Стенд имитации невесомости космонавтов, включающий блок управления, электроприводы вертикального перемещения, электроприводы горизонтального перемещения, отличающийся тем, что дополнительно содержит: станцию подачи дыхательной смеси, скафандры, блок энергоснабжения стенда, две металлические конструкции, тележки, имеющие механизмы горизонтального перемещения по эстакадам, и тележки, имеющие электроприводы горизонтального перемещения по металлическим конструкциям; причем к тележкам, имеющим электроприводы горизонтального перемещения по металлическим конструкциям, подвешены скафандры, на центральной опоре размещены электроприводы вертикального перемещения, которые через датчики вертикальной нагрузки соединены со скафандрами, а датчики горизонтальных нагрузок установлены на тележках, имеющих электроприводы горизонтального перемещения по металлическим конструкциям, металлические конструкции одним концом опираются на центральную опору и вращаются относительно нее в радиальной плоскости, а вторые концы движутся по эстакадам, закрепленным на опорах, при помощи тележек с механизмами горизонтального перемещения.A simulator of zero gravity of astronauts, including a control unit, electric vertical drives, horizontal horizontal electric drives, characterized in that it further comprises: a respiratory mixture supply station, spacesuits, stand power supply unit, two metal structures, trolleys with horizontal movement mechanisms on overpasses, and trolleys having horizontal horizontal electric drives on metal structures; moreover, spaceships are suspended from carts having horizontal electric drives on metal structures, vertical movement electric drives are placed on the central support, which are connected to pressure suits through vertical load sensors, and horizontal load sensors are mounted on carts having horizontal horizontal electric drives, metal structures at one end they rely on the central support and rotate relative to it in the radial plane, and in orye ends moving on trestles fixed on supports, by means of trolleys with horizontal movement mechanisms.

Description

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для имитации невесомости космонавтов (операторов), с целью отработки одним или двумя космонавтами (операторами), в скафандрах, процесса шлюзования и отдельных операций в рабочей зоне стенда, с гибкой конструкцией элементов, при проведении наземных испытаний.The utility model relates to testing equipment and can be used to simulate the weightlessness of astronauts (operators), for the purpose of working out by one or two astronauts (operators), in spacesuits, the locking process and individual operations in the working area of the stand, with a flexible design of elements during ground tests.

Известно обезвешивающее устройство, выполненное в виде двуплечего рычага, шарнирно закрепленного в точке равновесия, на одном конце, которого закреплен обезвешиваемый объект, а на другом - уравновешивающий груз, плечи рычага выполнены раздвижными и кинематически связанными. Возможно снабжение устройства вертикальной осью вращения, установление в подвесе испытываемого объекта датчика ошибки разгружающей силы и гироскопического датчика отклонения подвеса от вертикали. Обезвешивающее устройство может содержать несколько двуплечих рычагов.(Заявка №98104331 RU, G01M 1/00, Опубл. 10.01.2000).It is known a weighting device made in the form of a two-shouldered lever pivotally mounted at an equilibrium point, at one end of which a weightless object is fixed, and a balancing load is fixed at the other, the lever shoulders are sliding and kinematically connected. It is possible to supply the device with a vertical axis of rotation, to establish in the suspension of the test object a sensor for the unloading force error and a gyroscopic sensor for deviation of the suspension from the vertical. The weightless device may contain several two-arm levers. (Application No. 98104331 RU, G01M 1/00, Publish. 10.01.2000).

Недостатком является невозможность измерения характеристик обезвешиваемой конструкции (моментов сопротивления, весовой составляющей, скорости перемещения подвижных элементов, усилий в структуре конструкции).The disadvantage is the impossibility of measuring the characteristics of a weightless structure (moments of resistance, weight component, moving speed of moving elements, forces in the structure).

Известно устройство обезвешивания элементов, содержащее шестистепенное газостатическое устройство подвеса, включающее, сферическую газостатическую опору, плоскую газостатическую опору, подпятник, которой находится в камере с газом, и следящую систему по поддерживанию заданного давления газа, в которую входят последовательно соединенные датчик давления, блок управления и исполнительный орган по регулировке давления; три следящие системы, обеспечивающие перемещение шестистепенного газостатического устройства подвеса соответственно по вертикали и в плоскости горизонта, причем следящая система по вертикали содержит привод вертикального перемещения, соединенный через блок управления с датчиком относительного вертикального перемещения подпятника плоской газовой опоры относительно корпуса камеры с газом, а два привода для горизонтального перемещения соединены через соответствующий блок управления с соответствующим датчиком, измеряющим относительное горизонтальное перемещение обезвешиваемого элемента конструкции относительно подпятника плоской газовой опоры. (Патент SU 1828261 A1, G01M 19/00, Опубл. 20.09.1996).A device for weightless elements is known, containing a six-stage gas-static suspension device, including a spherical gas-static support, a flat gas-static support, a thrust bearing, which is located in the chamber with gas, and a tracking system for maintaining a given gas pressure, which includes a pressure sensor connected in series, a control unit, and executive body for pressure regulation; three tracking systems that provide for the movement of the six-stage gas-static suspension device vertically and horizontally, respectively, and the vertical tracking system includes a vertical movement actuator connected via a control unit to a sensor for relative vertical movement of the thrust bearing of the flat gas support relative to the chamber body with gas, and two actuators for horizontal movement are connected via an appropriate control unit to a corresponding sensor measuring noe horizontal movement obezveshivaemogo structural member relatively planar gas thrust bearing. (Patent SU 1828261 A1, G01M 19/00, Pub. September 20, 1996).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции и как следствие - невысокая надежность, а также, невозможность использования для обезвешивания космонавтов в скафандрах.The disadvantage of this device is the complexity of the design and, as a result, low reliability, as well as the inability to use astronauts in spacesuits for weightlessness.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрано устройство имитации невесомости механизмов с гибкой конструкцией элементов. Устройство содержит электропривод вертикального перемещения, связанный с обезвешиваемым элементом гибкой связью, проходящей через каретку, с нагрузочной ячейкой, служащей для определения усилия натяжения гибкой связи, перемещающуюся по направляющей. При этом нагрузочная ячейка связана с электроприводом вертикального перемещения через блок управления, который, в свою очередь, связан с электроприводом горизонтального перемещения через датчик, определяющий вертикальное положение гибкой связи и расположенный на каретке. Блок управления состоит из микроконтроллера и персонального компьютера. (Патент РФ №2334970, МПК G01M 19/00, B64G 7/00, Опубл. 27.09.2008) К недостаткам прототипа относится возможность горизонтального перемещения только по одной координате, а также, невозможность использования для обезвешивания космонавтов в скафандрах.As the closest analogue (prototype), a device for simulating the weightlessness of mechanisms with a flexible design of elements was selected. The device comprises a vertical displacement electric drive connected to the weighted element by a flexible connection passing through the carriage, with a load cell serving to determine the tension force of the flexible connection moving along the guide. In this case, the load cell is connected to the electric drive of vertical movement through the control unit, which, in turn, is connected to the electric drive of horizontal movement through a sensor that determines the vertical position of the flexible connection and is located on the carriage. The control unit consists of a microcontroller and a personal computer. (RF patent №2334970, IPC G01M 19/00, B64G 7/00, publ. 09/27/2008) The disadvantages of the prototype include the possibility of horizontal movement in only one coordinate, as well as the inability to use for weightless astronauts in spacesuits.

Задачей полезной модели является, достижение точности имитации невесомости космонавтов в скафандрах, при перемещение их в пределах рабочей зоны стенда, за счет мышечных усилий и расширение функциональных возможностей испытательного стенда.The objective of the utility model is to achieve the accuracy of simulating the weightlessness of astronauts in spacesuits, when moving them within the working area of the stand, due to muscular effort and expanding the functionality of the test bench.

Поставленная задача решается благодаря тому, что стенд имитации невесомости содержит: блок управления, станцию подачи дыхательной смеси, скафандры, блок энергоснабжения стенда и две металлические конструкции с тележками, имеющими механизмы горизонтального перемещения по эстакадам и механизмы горизонтальных перемещений по металлоконструкциям; металлические конструкция опираются одним концом на эстакады, установленные на неподвижных колоннах, а вторым концом опираются на центральную колонну; на центральной колонне размещены механизмы вертикальных перемещений, которые, через датчики вертикальной нагрузки соединены со скафандрами, а датчики горизонтальных нагрузок установлены на тележках, перемещающихся в горизонтальной плоскости по металлоконструкциям, одни из концов металлических конструкций перемещается в радиальной плоскости по двум эстакадам, а вторые концы вращаются относительно центральной опоры.The problem is solved due to the fact that the simulator of zero gravity contains: a control unit, a respiratory mixture supply station, spacesuits, a power supply unit for the stand, and two metal structures with trolleys having horizontal movement mechanisms on overpasses and horizontal movement mechanisms on metal structures; metal structures are supported at one end on overpasses mounted on fixed columns, and at the other end are supported on a central column; vertical movement mechanisms are located on the central column, which, through vertical load sensors are connected to spacesuits, and horizontal load sensors are mounted on bogies moving in the horizontal plane along the metal structures, one of the ends of the metal structures moves in the radial plane along two racks, and the second ends rotate relative to the central support.

Техническим результатом является обеспечение точности имитации невесомости космонавтов (операторов) в скафандрах, при шлюзовании и выполнении отдельных операций в рабочей зоне стенда; расширение функциональных возможностей испытательного стенда (расширение диапазона возможных свободных перемещений в горизонтальной плоскости и по вертикали).The technical result is to ensure the accuracy of simulating the zero gravity of the astronauts (operators) in spacesuits, while locking and performing certain operations in the working area of the stand; expanding the functionality of the test bench (expanding the range of possible free movements in the horizontal plane and vertically).

На фиг. 1 представлен стенд имитации невесомости космонавтов, на фиг. 2 показаны: фрагмент тележки горизонтального перемещения по металлическим конструкциям и датчики горизонтальных нагрузок.In FIG. 1 shows a simulator of zero gravity astronauts; in FIG. 2 shows: a fragment of a trolley of horizontal movement over metal structures and sensors of horizontal loads.

Стенд имитации невесомости космонавтов (операторов), содержит: блок управления 1, электроприводы вертикального перемещения 2, электроприводы горизонтального перемещения 3, станцию подачи дыхательной смеси 4, скафандры 5, блок энергоснабжения стенда 6, две металлические конструкции 7, тележки 8 имеющие механизмы горизонтального перемещения 9 по эстакадам 10 и тележки 11 имеющие электроприводы горизонтального перемещения 3 по металлическим конструкциям 7; к тележкам 11 подвешены скафандры 5; на центральной опоре 12 размещены электроприводы вертикального перемещения 2, которые, через датчики вертикальной нагрузки 13 соединены со скафандрами 5, а датчики горизонтальных нагрузок 14 установлены на тележках 11; металлические конструкции 7, одним концом опираются на центральную опору 12 и вращаются относительно нее в радиальной плоскости, а вторые концы, движутся по эстакадам 10, закрепленным на опорах 15, при помощи тележек 8 с механизмами горизонтального перемещения 9.The simulator of zero gravity of astronauts (operators), contains: control unit 1, electric drives of vertical movement 2, electric drives of horizontal movement 3, station for supplying respiratory mixture 4, spacesuits 5, power supply unit of stand 6, two metal structures 7, carts 8 with horizontal movement mechanisms 9 on racks 10 and trolleys 11 having electric drives of horizontal movement 3 over metal structures 7; spacesuits 5 are suspended from carts 11; on the central support 12 there are electric vertical displacement drives 2, which, through the vertical load sensors 13 are connected to the spacesuits 5, and the horizontal load sensors 14 are mounted on the carts 11; metal structures 7, at one end rest on a central support 12 and rotate relative to it in a radial plane, and the second ends move along overpasses 10, mounted on supports 15, by means of bogies 8 with horizontal movement mechanisms 9.

Стенд имитации невесомости космонавтов (операторов) работает следующим образом: при размещении космонавтов (операторов) в скафандрах 5, в скафандры начинается подача дыхательной смеси от станции подачи дыхательной смеси 4. При помощи механизмов вертикального перемещения 2, скафандры с космонавтами (операторами) поднимают на заданную высоту, а сигналы от датчиков вертикальных нагрузок 13 поступают в блок управления 1, что позволяет блоку управления подать необходимые команды на механизмы вертикальных перемещений 2, с целью обезвешивания скафандров с космонавтами (операторами). При различных движениях космонавтов (операторов), за счет мышечных усилий, сигналы с датчиков вертикальных нагрузок 13 и горизонтальных нагрузок 14 поступают в блок управления 1, который формирует алгоритм работы механизмов стенда имитации невесомости, путем снятия значений величин весовых составляющих в точках траектории движения, что приводит к передаче необходимых сигналов на соответствующие приводы 2, 3 и 9, с целью компенсации гравитационных составляющих воздействующих на космонавтов (операторов). Таким образом достигается имитация невесомости космонавтов (операторов) и расширяются функциональные возможности испытательного стенда.The simulated zero-gravity simulator of astronauts (operators) works as follows: when placing astronauts (operators) in spacesuits 5, the flow of breathing mixture from the respiratory mixture supply station 4 begins in spacesuits. Using vertical movement mechanisms 2, the spacesuits with astronauts (operators) are raised to height, and the signals from the sensors of vertical loads 13 enter the control unit 1, which allows the control unit to submit the necessary commands to the mechanisms of vertical movements 2, in order to weightlessly Afandra with astronauts (operators). With various movements of the astronauts (operators), due to muscle effort, the signals from the sensors of vertical loads 13 and horizontal loads 14 enter the control unit 1, which generates an algorithm for the operation of the mechanisms of the simulator of zero gravity by taking values of the values of the weight components at the points of the motion path, which leads to the transmission of the necessary signals to the corresponding drives 2, 3 and 9, in order to compensate for the gravitational components acting on the astronauts (operators). Thus, an imitation of the zero gravity of the astronauts (operators) is achieved and the functionality of the test bench is expanded.

Claims

A simulator of zero gravity of astronauts, including a control unit, electric vertical drives, horizontal horizontal electric drives, characterized in that it further comprises: a respiratory mixture supply station, spacesuits, stand power supply unit, two metal structures, trolleys with horizontal movement mechanisms on overpasses, and trolleys having horizontal horizontal electric drives on metal structures; moreover, spaceships are suspended from carts having horizontal electric drives on metal structures, vertical movement electric drives are placed on the central support, which are connected to spacesuits through vertical load sensors, and horizontal load sensors are mounted on carts having horizontal horizontal electric drives across metal structures, metal structures at one end they rely on the central support and rotate relative to it in the radial plane, and in orye ends moving on trestles fixed on supports, by means of trolleys with horizontal movement mechanisms.