RU2292292C2 - Способ моделирования переменных ускорений и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ моделирования переменных ускорений и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2292292C2 RU2292292C2 RU2002103993/11A RU2002103993A RU2292292C2 RU 2292292 C2 RU2292292 C2 RU 2292292C2 RU 2002103993/11 A RU2002103993/11 A RU 2002103993/11A RU 2002103993 A RU2002103993 A RU 2002103993A RU 2292292 C2 RU2292292 C2 RU 2292292C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acceleration
- flight
- trajectory
- testing chamber
- along
- Prior art date
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G7/00—Simulating cosmonautic conditions, e.g. for conditioning crews
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретения относятся к способам и устройствам для имитации условий пониженной гравитации. Согласно предлагаемому способу, тестируемый объект помещают в испытательную камеру. Испытательная камера подвижно размещена в грузовом отсеке транспортного летательного аппарата таким образом, что во время его полета она может устанавливаться в направлении действующего на нее остаточного ускорения силы тяжести. Затем на упомянутом летательном аппарате совершают полет по параболической траектории. Данная траектория эквивалентна траектории падения с ускорением, разность которого с ускорением свободного падения на поверхности Земли соответствует моделируемому ускорению. Причем параболическая траектория, по которой совершают полет, может соответствовать траектории падения с ускорением 2/3g. Предлагаемое устройство состоит из летящего по параболической траектории транспортного летательного аппарата. В его грузовом отсеке подвижно размещена испытательная камера с возможностью свободного вращения относительно, по меньшей мере, одной оси. При этом центр тяжести испытательной камеры лежит ниже указанной оси, благодаря чему во время полета испытательная камера может устанавливаться в направлении притяжения Земли. Кроме того, испытательная камера может содержать карданную подвеску. Изобретения позволяют упростить и повысить эффективность моделирования условий пониженной гравитации. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к способу и устройству моделирования переменных ускорений между 0 и 1g, в частности моделирования гравитационных ускорений на поверхности Марса, посредством полета по параболической траектории.
Для тестирования приборов и оборудования, которые должны быть использованы на поверхности планеты Марс в рамках беспилотных и пилотируемых полетов, требуется как можно более точно смоделировать условия ее окружающей среды. В то время как моделирование атмосферных условий и поверхности Марса может быть относительно просто реализовано в специальных испытательных камерах, моделирование малых ускорений свободного падения на поверхности Марса всего лишь в 3,72 м/с2, то есть около 1/3g, представляет собой проблему.
Известен ряд способов моделирования ускорений, отличающихся от стандартного ускорения на поверхности Земли, g=9,81 м/с2. К ним относится, в частности использование центрифуг для создания больших ускорений произвольной продолжительности. Они, однако, не могут реализовать ускорения менее 1g и поэтому принципиально непригодны для описанного случая применения.
Кроме того, для моделирования ускорений между 0 и 1g известно использование спускаемых капсул, в которых могут быть созданы условия невесомости или уменьшенной силы тяжести в течение около 5 с. Такие капсулы могут обеспечить остаточную силу тяжести, например 1/3g, за счет того, что используемую опытную капсулу во время ее падения с ускорением 2/3g притормаживают. Такое притормаживание может происходить либо активно, либо пассивно за счет противовеса посредством ролика и каната. Возможное время падения с ускорением 1/3g составляет в этом случае около 5,5 с для участка падения в 100 м. На заключительном этапе спуска предусмотрена фаза жесткого торможения, воздействующего на капсулу и сопровождаемого перегрузками, оказывающими негативное воздействие на космонавтов.
Другая возможность создания ускорений от 0 до 1g состоит в использовании так называемых атмосферных спускаемых капсул, которые сбрасывают с большой высоты и для которых, как правило, используют активное устройство для компенсации сопротивления атмосферы. Теоретически можно оборудовать подобные спускаемые капсулы активной тормозной системой таким образом, чтобы они падали на Землю в соответствии с ускорением 2/3g. Однако такую тормозную систему еще предстоит разработать. В этом случае, при сбрасывании с высоты 8000 м можно было бы достичь в течение около 40 с нужного ускорения в 1/3g. Пилотируемые атмосферные спускаемые капсулы пока неизвестны; их реализация была бы к тому же крайне сложной из-за необходимости соблюдения требований безопасности.
Наконец, полеты по параболической траектории на соответствующим образом оборудованных летательных аппаратах представляют собой уже известную возможность достижения невесомости, так называемых условий 0g, продолжительностью около 25 с. Летательные аппараты летят при этом по так называемой баллистической параболической траектории, то есть по такой траектории, по которой брошенный бесприводной объект двигался бы при отсутствии сопротивления воздуха.
Задачей изобретения является создание способа и устройства вышеуказанного типа, обеспечивающих как можно более простое и эффективное моделирование условий на поверхности Марса.
Поставленная задача решается признаками способа и устройства по пп.1, 3 формулы. Изобретение предусматривает при этом, что в обычном транспортном летательном аппарате с достаточно большим грузовым отсеком размещают испытательную камеру подвижно таким образом, что она может устанавливаться в направлении действующего на нее остаточного ускорения и что летательный аппарат с испытательной камерой летит по параболической траектории, соответствующей внешнему ускорению свободного падения 2/3g, так что сохраняется эффективное ускорение 1/3g в качестве остаточной силы тяжести в направлении поверхности Земли.
Согласно изобретению, шарнирная подвеска испытательной камеры предусмотрена для того, чтобы вектор остаточной силы тяжести в испытательной камере всегда был направлен к центру Земли независимо от реального положения летательного аппарата во время его полета по параболической траектории.
Продолжительность фазы ускорения 1/3g зависит от высоты полета по параболической траектории: при разности по высоте 3000 м между вершиной параболы и исходной или конечной высотой эта продолжительность составляет около 55 с, вертикальная скорость в начале и в конце параболы составляет соответственно около 180 м/с. Фаза торможения или начальная фаза протекает аналогично известным полетам по параболической траектории с ускорением 0g и легко переносится находящимися в испытательной камере космонавтами.
Изобретения позволяют получить ускорения в 1/3g, и другие значения ускорений в интервале от 0g до 1g. Указанные условия могут быть реализованы в качестве испытательного ускорения продолжительностью около 60 с таким образом, что для предусмотренных экспериментов могут применяться традиционно используемые приборы и способы, что в соответственно оборудованной испытательной камере могут находиться космонавты и что ускорение при торможении в конце фазы полета с меньшим ускорением остается ниже значения около 2g. Кроме того, фаза с малым ускорением может быть продублирована.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примера его осуществления со ссылками на фигуры прилагаемых чертежей, в числе которых:
- фиг.1-3 изображают летательный аппарат для осуществления пробных полетов в условиях Марса в трех различных видах, частично в разрезе;
- фиг.4 - траекторию полета в условиях уменьшенной силы тяжести.
В тяжелом транспортном летательном аппарате 1 установлена испытательная камера 2 в форме шара диаметром около трех-четырех метров. Могут быть выбраны также другие геометрические формы испытательной камеры. В камере 2 может быть с высокой достоверностью смоделирована окружающая Марс атмосфера, в частности ее состав, температура, давление и рельеф поверхности. Камера 2 подвешена на опоре 3 с возможностью свободного вращения вокруг, по меньшей мере, одной оси. В случае приведенного примера осуществления предусмотрена простая подвеска на одной оси, обеспечивающей одну степень свободы. Эта ось соответствует одновременно поперечной оси самолета, так что таким образом можно компенсировать возникающий в полете переменный наклон продольной оси летательного аппарата к направлению притяжения Земли. В рамках изобретения можно также предусмотреть карданную подвеску для исключения возникновения мешающих поперечных ускорений.
Центр тяжести камеры 2 лежит ниже указанной оси вращения, так что она во время полета с остаточной силой тяжести 1/3g всегда может ориентироваться в том же направлении к центру Земли. Это достигается за счет того, что в дне 4 камеры 2 установлены необходимые подсистемы, такие как системы охлаждения, отопления, регистрации и передачи данных наружу.
Камера 2 дополнительно снабжена шлюзом, через который могут доставляться и извлекаться приборы и, в случае необходимости, может быть обеспечен доступ соответствующим образом экипированных космонавтов.
Как только летательный аппарат 1 и испытательная камера 2 подготовлены, летательный аппарат 1 стартует и набирает предусмотренную для эксперимента номинальную исходную высоту. Затем он начинает ускоренное снижение для достижения искомой скорости. По достижении искомой скорости начинается полет по параболической траектории с ускорением в 1/3g. С этой целью летательный аппарат 1 вначале, как это изображено в правой части фиг.4, доводят до восходящего участка траектории, при этом на последующей фазе полета горизонтальную скорость поддерживают постоянной, а вектор вертикальной составляющей скорости непрерывно уменьшается и меняет лишь направление на противоположное, сохраняющееся до конца параболической траектории. В начале и в конце параболической траектории, таким образом, значение вертикальной скорости идентично, изменяется лишь знак.
Уменьшение вертикальной скорости достигается за счет того, что во время всего полета по параболической траектории вертикально направленную подъемную силу поддерживают при значении одной трети массы летательного аппарата. Это точно соответствует достигаемому остаточному ускорению 1/3g для испытательной камеры 2.
По окончании полета по параболической траектории летательный аппарат 1 выводят из режима полета со снижением. В дальнейшем можно начинать новое моделирование, либо возвратить летательный аппарат на Землю.
Claims (4)
1. Способ моделирования переменных ускорений в интервале между 0 и 1g, в частности моделирования гравитационных ускорений на поверхности Марса, отличающийся тем, что помещают тестируемый объект в испытательную камеру (2), подвижно размещенную в грузовом отсеке транспортного летательного аппарата (1) таким образом, что во время его полета она может устанавливаться в направлении действующего на нее остаточного ускорения силы тяжести, совершают полет на указанном транспортном летательном аппарате (1) по параболической траектории, эквивалентной траектории падения с ускорением, разность которого с ускорением свободного падения на поверхности Земли соответствует моделируемому ускорению.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параболическая траектория, по которой совершают полет, соответствует траектории падения с ускорением 2/3g, так что создается эффективное ускорение 1/3g в качестве остаточной силы тяжести в направлении поверхности Земли.
3. Устройство для моделирования переменных ускорений, состоящее из летящего по параболической траектории транспортного летательного аппарата, отличающееся тем, что в грузовом отсеке транспортного летательного аппарата (1) подвижно размещена испытательная камера (2) с возможностью свободного вращения относительно, по меньшей мере, одной оси, причем ее центр тяжести лежит ниже указанной оси, так что во время полета испытательная камера (2) может устанавливаться в направлении притяжения Земли.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что испытательная камера (2) содержит карданную подвеску (3).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10106516.7 | 2001-02-13 | ||
DE10106516A DE10106516A1 (de) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Verfahren zur Simulation variabler Beschleunigungen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002103993A RU2002103993A (ru) | 2003-10-27 |
RU2292292C2 true RU2292292C2 (ru) | 2007-01-27 |
Family
ID=7673797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002103993/11A RU2292292C2 (ru) | 2001-02-13 | 2002-02-12 | Способ моделирования переменных ускорений и устройство для его осуществления |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6743019B2 (ru) |
EP (1) | EP1231139B1 (ru) |
JP (1) | JP2002240800A (ru) |
AT (1) | ATE284350T1 (ru) |
DE (2) | DE10106516A1 (ru) |
RU (1) | RU2292292C2 (ru) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7146299B2 (en) * | 2002-08-16 | 2006-12-05 | The Boeing Company | Adjustable simulation vehicle capabilities |
US6793171B1 (en) * | 2003-04-02 | 2004-09-21 | Northrop Grumman Corporation | Method and system for flying an aircraft |
US20060014122A1 (en) * | 2003-04-10 | 2006-01-19 | Eric Anderson | Method for qualifying and/or training a private customer for space flight |
US8241133B1 (en) | 2008-07-30 | 2012-08-14 | Communications Concepts, Inc. | Airborne space simulator with zero gravity effects |
JP2010069952A (ja) * | 2008-09-16 | 2010-04-02 | Yasuhiro Kumei | 航空機による低重力環境の生成方法 |
US9194977B1 (en) | 2013-07-26 | 2015-11-24 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Active response gravity offload and method |
ES2558258B1 (es) * | 2014-07-31 | 2016-11-14 | Universitat Politècnica De Catalunya | Dispositivo de simulación de ausencia de gravedad en una aeronave |
US10181267B2 (en) * | 2017-02-27 | 2019-01-15 | Honeywell International Inc. | Receiving and processing weather data and flight plan data |
CN107150816B (zh) * | 2017-06-06 | 2019-04-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种变质心飞行器模拟装置 |
JP7097052B2 (ja) * | 2018-04-04 | 2022-07-07 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 飛行機の突風応答軽減システム及び飛行機の突風応答軽減方法 |
US11623763B2 (en) * | 2020-07-31 | 2023-04-11 | Kipling Martin | Gravity simulation system |
CN114324332B (zh) * | 2021-12-27 | 2022-09-09 | 中国科学院力学研究所 | 一种微重力-变力环境中的空间流体管理试验装置 |
CN117058947B (zh) * | 2023-09-12 | 2024-03-15 | 广州天海翔航空科技有限公司 | 一种固定翼无人机半仿真飞行训练系统及方法 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3578274A (en) * | 1968-10-31 | 1971-05-11 | Mc Donnell Douglas Corp | Pallet assembly |
US3568874A (en) * | 1969-04-14 | 1971-03-09 | Nasa | Pressure seal |
US3566960A (en) * | 1969-08-18 | 1971-03-02 | Robley V Stuart | Cooling apparatus for vacuum chamber |
US4487410A (en) * | 1982-09-30 | 1984-12-11 | Sassak John J | Fluid suspended passenger carrying spherical body having universal attitude control |
US4625521A (en) * | 1985-05-13 | 1986-12-02 | Pittsburgh-Des Moines Corporation | Liquid nitrogen distribution system |
US4678438A (en) * | 1986-10-29 | 1987-07-07 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Weightlessness simulation system and process |
DE3827279A1 (de) * | 1988-08-11 | 1990-02-15 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Vorrichtung zum abfangen von lasten |
FR2698846B1 (fr) * | 1992-12-08 | 1995-03-10 | Centre Nat Etd Spatiales | Procédé de pilotage d'un aéronef pour améliorer un état de microgravité et système correspondant. |
US5527223A (en) * | 1994-01-24 | 1996-06-18 | Kitchen; William J. | Swing type amusement ride |
JPH07299251A (ja) * | 1994-04-28 | 1995-11-14 | Shinichi Marumo | 空間ゲーム装置 |
US5718587A (en) * | 1995-08-28 | 1998-02-17 | Joseph C. Sussingham | Variable gravity simulation system and process |
CN1212012C (zh) * | 1995-11-07 | 2005-07-20 | 有限会社创造庵 | 屏幕用窗框 |
US5848899A (en) * | 1997-05-07 | 1998-12-15 | Centre For Research In Earth And Space Technology | Method and device for simulating weightlessness |
US5971319A (en) * | 1997-09-05 | 1999-10-26 | Zero-Gravity Corporation | System for converting jet aircraft to parabolic flight operation |
US6440002B1 (en) * | 2000-11-15 | 2002-08-27 | Skycoaster, Inc. | Top loading swing type amusement ride |
KR100402933B1 (ko) * | 2001-03-22 | 2003-10-22 | 이성태 | 고공강하 모의 훈련장치 및 그를 이용한 고공강하 훈련방법 |
-
2001
- 2001-02-13 DE DE10106516A patent/DE10106516A1/de not_active Withdrawn
- 2001-10-11 DE DE2001504760 patent/DE50104760D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-10-11 EP EP01124198A patent/EP1231139B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-10-11 AT AT01124198T patent/ATE284350T1/de not_active IP Right Cessation
- 2001-12-06 JP JP2001372841A patent/JP2002240800A/ja active Pending
-
2002
- 2002-02-12 RU RU2002103993/11A patent/RU2292292C2/ru active
- 2002-02-13 US US10/076,043 patent/US6743019B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Airplane-acceleration display for low-gravity research. A bar-graph display facilitates precise control of trajectories. NTIS Tech. Note. NTN89 - 1098/XAB. 1 December 1989. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10106516A1 (de) | 2002-09-05 |
EP1231139A3 (de) | 2003-11-05 |
EP1231139B1 (de) | 2004-12-08 |
JP2002240800A (ja) | 2002-08-28 |
EP1231139A2 (de) | 2002-08-14 |
US20020164559A1 (en) | 2002-11-07 |
ATE284350T1 (de) | 2004-12-15 |
US6743019B2 (en) | 2004-06-01 |
DE50104760D1 (de) | 2005-01-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2292292C2 (ru) | Способ моделирования переменных ускорений и устройство для его осуществления | |
CN108408089A (zh) | 针对空间自旋目标抓捕及消旋的地面物理仿真试验方法 | |
EP3981687A1 (en) | Ballistically-deployed controllable parasail | |
Sawai et al. | Development of a target marker for landing on asteroids | |
Desai et al. | Entry dispersion analysis for the Stardust comet sample return capsule | |
RU2267449C2 (ru) | Десантный тренажер | |
RU2002103993A (ru) | Способ моделирования переменных ускорений | |
Ray et al. | Challenges of CPAS Flight Testing | |
Hamacher | Simulation of weightlessness | |
Osborne et al. | Short duration reduced gravity drop tower design and development | |
Wachlin et al. | Simulation of the landing dynamics of a guided airdrop system | |
Dieriam | Entry vehicle performance analysis and atmospheric guidance algorithm for precision landing on Mars | |
Ragauskas et al. | Research of remotely piloted vehicles for cargo transportation | |
US3196690A (en) | Impact simulator | |
Brown et al. | Parafoil mid-air retrieval for space sample return missions | |
BELLEVILLE et al. | Gravity selection by animals in fields of centrifugal acceleration superimposed on weightlessness during sounding rocket flights | |
Fujii et al. | The second young engineers' satellite: innovative technology through education | |
Campanelli | Newton’s laws | |
Evrard et al. | New recovery systems for stratospheric balloon gondolas | |
Karna | Designing a Rocket-Balloon Hybrid Launch System for Affordable Access to Suborbital Space | |
Biersteker | Planet formation and evolution in our Solar System and beyond | |
JPH03126476A (ja) | スカイダイビング訓練シミュレータ | |
RU2041476C1 (ru) | Способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана | |
Tolan et al. | The Physics in Moonraker | |
Vargas et al. | New Recovery Systems for Stratospheric Balloon Gondola |