一种微重力模拟装置及方法

本发明涉及地面微重力模拟，尤其涉及一种微重力模拟装置及方法。

背景技术：

1、为了确保空间电机系统在空间工作时的安全性和可靠性，在空间电机的研制和测试阶段，需要在地面上进行充分的模拟试验，经过几十年的发展，相继出现落塔法、抛物飞行法以及液浮法等空间微重力地面模拟试验方法。

2、现有技术中，落塔法就是通过在微重力塔中执行自由落体运动，物体在作自由落体运动时可以获得很好的微重力状态。抛物飞行法是一种利用抛物线机动飞行来创造微重力和低重力环境的方法。落塔法以及抛物飞行法的成本高、实验持续时间短，不足以充分提供地面实验依据。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种微重力模拟装置及方法，以解决现有技术中的成本高、实验持续时间短的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种微重力模拟装置，包括：转动驱动机构、至少一个漂浮器以及至少一个用于容纳液体介质的容器，转动驱动机构具有至少一个动力输出轴，每个漂浮器设在相应的动力输出轴上，漂浮器浮于液体介质上，漂浮器的质心位于液体介质的上方，漂浮器的几何中心与漂浮器的质心之间的距离大于0。

3、与现有技术相比，本发明提供的微重力模拟装置中，转动驱动机构具有至少一个动力输出轴，每个漂浮器设在相应的动力输出轴上，而漂浮器浮在容器装有的液体介质上，漂浮器的质心位于液体介质的上方，因此，在动力输出轴的支撑力的作用下，可以保证漂浮器处在微重力状态。

4、在漂浮器处在初始阶段，漂浮器在初始位置的几何中心位于相应动力输出轴的中心轴线所在直线，可以保证漂浮器所受到的浮力可以模拟漂浮器所受到的微重力。而由于漂浮器的重力与动力输出轴的转动中心不在一条直线上，重力矩会抑制漂浮器的运动，因此，可以通过转动驱动机构驱动动力输出轴转动带动漂浮器至预设位置，使得漂浮器在预设位置受到的重力矩m4g×lsinθ与摩擦转矩tf达到平衡。这种情况下，在漂浮器在摩擦转矩tf的作用下，漂浮器在预设位置的几何中心有可能没有位于相应所述动力输出轴的中心轴线所在直线，因此，可以通过调节液体介质的物理参数，从而间接控制液体介质向漂浮器所施加的浮力，保证漂浮器在预设位置的几何中心位于相应所述动力输出轴的中心轴线所在直线。此时，漂浮器所受到的浮力可以模拟漂浮器在预设位置所受到的微重力。可见，由上述微重力模拟装置的实施过程可知，上述装置结构简单、成本低，通过调节液体介质的物理参数可以使得漂浮器的浮力产生不同的变化，漂浮器所受到的不同浮力可以模拟漂浮器在不同位置所受到的微重力，不同的浮力变化可以引起漂浮器能够长时间的模拟漂浮器在不同位置所受到的微重力。

5、第二方面，本发明提供了一种微重力模拟装置的方法，包括：

6、在漂浮器的几何中心位于相应动力输出轴的中心轴线所在直线的情况下，控制转动驱动机构驱动至少一个漂浮器从初始位置开始转动至预设位置；

7、若漂浮器从初始位置转动至预设位置，调节液体介质的物理参数，直到漂浮器在预设位置的几何中心位于相应动力输出轴的中心轴线所在直线，漂浮器在预设位置受到的重力矩与摩擦转矩达到平衡。

8、与现有技术相比，本发明提供的微重力模拟装置的方法的有益效果与本发明所述微重力模拟装置的有益效果相同，此处不做赘述。

技术特征：

1.一种微重力模拟装置，其特征在于，包括：转动驱动机构、至少一个漂浮器以及至少一个用于容纳液体介质的容器，所述转动驱动机构具有至少一个动力输出轴，每个所述漂浮器设在相应的所述动力输出轴上，所述漂浮器浮于所述液体介质上，所述漂浮器的质心位于所述液体介质的上方，所述漂浮器的几何中心与所述漂浮器的质心之间的距离大于0。

2.根据权利要求1所述的微重力模拟装置，其特征在于，所述至少一个漂浮器包括两个漂浮器，所述转动驱动机构包括电机、以及与所述电机的输出轴轴连的转轴，所述转轴与两个所述漂浮器连接。

3.根据权利要求1所述的微重力模拟装置，其特征在于，所述漂浮器包括漂浮结构件以及设在所述漂浮结构件中的轴承，转轴与所述轴承连接。

4.根据权利要求3所述的微重力模拟装置，其特征在于，所述漂浮结构件包括第一漂浮结构和第二漂浮结构，所述第一漂浮结构和所述第二漂浮结构围成容纳所述轴承的容纳空间。

5.根据权利要求4所述的微重力模拟装置，其特征在于，所述第一漂浮结构的质量大于所述第二漂浮结构的质量。

6.根据权利要求4所述的微重力模拟装置，其特征在于，所述第一漂浮结构和所述第二漂浮结构的物理参数相同。

7.根据权利要求1～4任一项所述的微重力模拟装置，其特征在于，每个所述漂浮器的几何中心位于相应所述动力输出轴的中心轴线所在直线。

8.一种权利要求1～7任一项所述的微重力模拟装置的方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的微重力模拟方法，其特征在于，若漂浮器从初始位置开始转动至预设位置，所述漂浮器的几何中心与所述漂浮器的质心之间的距离大于0。

10.根据权利要求8所述的微重力模拟方法，其特征在于，所述控制转动驱动机构驱动至少一个漂浮器从初始位置开始转动至预设位置，包括：

技术总结
本发明公开一种微重力模拟装置及方法，涉及地面微重力模拟技术领域，以解决现有技术中的成本高、实验持续时间短的问题。微重力模拟装置包括：转动驱动机构、至少一个漂浮器以及至少一个用于容纳液体介质的容器，转动驱动机构具有至少一个动力输出轴，每个漂浮器设在相应的动力输出轴上，漂浮器浮于液体介质上，漂浮器的质心位于液体介质的上方，漂浮器的几何中心与漂浮器的质心之间的距离大于0。所述微重力模拟装置的方法用于模拟微重力。本发明提供的微重力模拟装置及方法用于微重力模拟中。

技术研发人员：丁晓峰,于曦,杨雁勇,杨騉,崔慧峰
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13