一种磁性液体微重力模拟装置的制作方法

本发明属于地面微重力模拟和实验领域，尤其涉及一种磁性液体微重力模拟装置。

背景技术：

1、在地面的重力环境中，许多传热和流动现象都与重力及浮升力有关。而在微重力环境下，由于缺少重力和浮升力的组合作用，自然对流现象基本消失，表面张力成为主要作用力，进而对流体的传热、流动及相变特性造成了不同影响。开展流体微重力状态特性试验研究，首要条件是获得时间长、稳定性高、成本低、便于可视化观察和测量的实验环境保障。以往对微重力环境下流体热力状态的实验研究基本上都是通过落塔、飞机抛物线飞行、探空火箭、航天飞机以及国际空间站等途径实现，这些技术微重力实现水平高，但也存在成本高、微重力持续时间短等问题，难以满足地面大批量低成本实验要求。

2、磁液混合悬浮是近年来进行微重力效应模拟的一种新方式，例如中国专利cn110356596b的“一种利用磁补偿方法模拟流体微重力环境的装置”，提出了一种以磁性流体作为实验介质，两对通电线圈作为磁场发生装置，来实现磁流体重力的补偿，获得与空间轨道相似的真实微重力环境。

3、然而，在实现剩余重力的精准配平方面，上述专利文献还存在一定缺陷，例如，无法搭载不同大小形状的实验载荷，无法同时保证载荷姿态变化过程中通电线圈始终保持水平状态，实现精准微重力效应的模拟；同时，实验过程可视化程度低，无法精准反映微重力模拟达到预设状态的情况。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种磁性液体微重力模拟装置，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种磁性液体微重力模拟装置，包括搭载平台，所述搭载平台垂直向上设有第一转轴和第二转轴，所述第一转轴和第二转轴中间的所述搭载平台上水平布置有电磁线圈板；

3、第一旋转框架，所述第一旋转框架通过两条水平转轴转动连接在所述第一转轴和第二转轴之间，所述第一转轴或第二转轴连接第一驱动机构；

4、第二旋转框架，所述第二旋转框架在垂直于所述第一转轴和第二转轴的连线轴的方向设有第三转轴和第四转轴，所述第三转轴或第四转轴连接第二驱动机构，所述第三转轴和第四转轴的连线轴中心与所述第一转轴和第二转轴的连线轴中心重合；所述第二旋转框架为圆环形框架体，其至少一面设有绕其周向的环形滑槽；

5、夹持机构，所述夹持机构位于所述第二旋转框架内，且两端分别滑动连接于所述环形滑槽，且至少一端设有驱动其滑动的第三驱动机构。

6、由上述技术方案可知，本发明提供了一种磁性液体微重力模拟装置，可搭载不同大小的实验模型，能够将作用于电磁线圈板上的电磁作用力传递给实验模型，保持模型在姿态变化过程中，电磁线圈板始终保持水平状态，实现精确微重力效应的模拟。

7、优选地，上述夹持机构包括多个搭载腔，用于夹持固定实验体模型，其中一个所述搭载腔夹持有实验体观测模型。

8、实验体观测模型内部沿中轴线方向设有磁簧开关，所述搭载平台上设有指示灯，所述磁簧开关通过信号线连接至所述指示灯。

9、磁簧开关包括密封于一个玻璃管中的第一簧片和第二簧片，所述第一簧片和第二簧片为弹性可弯曲簧片，端点位置具有磁极接触点，当受到预设阈值的外加磁场力时，产生不同极性并相互吸引闭合，当磁场力降低到阈值以下时，两磁极接触点受簧片弹力自行断开。

10、玻璃管中装有高纯度的惰性气体。

11、夹持机构包括夹持基座、位于所述夹持基座两侧的夹持板，所述夹持板与所述夹持基座之间通过若干夹持杆连接，相邻的夹持杆之间形成容纳所述实验体模型进入的搭载腔。

12、夹持基座靠近所述第二旋转框架的两端分别设有第一连接组件和第二连接组件，所述第一连接组件和第二连接组件分别包括有与所述环形滑槽啮合的齿轮。

13、环形滑槽为两条，分别设置在所述第二旋转框架的两个侧面，且所述环形滑槽内均设有沿槽轴分布的内齿，所述第一连接组件和第二连接组件均包括两个间隔的连接臂，两所述连接臂上分别设有与所述内齿啮合的齿轮，两所述连接臂之间具有容纳所述第三转轴和第四转轴的轴端通过的第一通道。

14、夹持杆与所述夹持板可拆卸连接，使所述夹持杆与所述夹持板形成间距可调。

15、夹持杆包括两个相互套接的套管和套杆，套杆进入套管的杆体外设有弹簧，使所述套管和套杆弹性可伸缩，套管和套杆相互远离的一端分别与所述夹持基座和所述夹持板相接。

16、本发明可以用于固定不同尺寸、形状的实验体模型，且实验体模型可以进行三个自由度的转动，通过搭载平台施加剩余重力补偿力，不会影响模型的转动，并且能保证剩余重力补偿力始终通过实验体模型的质心；本发明还搭载有实验体观测模型，实验体观测模型内置磁簧开关，磁簧开关通过信号线与外部指示灯连接，通过指示灯的持续亮起时间，判定磁性液体中磁性物质处于微重力状态下的持续时间和并记录当时的运行参数，为实验提供直观可靠的数据支持。

技术特征：

1.一种磁性液体微重力模拟装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的磁性液体微重力模拟装置，其特征在于，所述夹持机构(9)包括多个搭载腔，用于夹持固定实验体模型(10)，其中一个所述搭载腔夹持有实验体观测模型(100)。

3.根据权利要求2所述的磁性液体微重力模拟装置，其特征在于，所述实验体观测模型(100)内部沿中轴线方向设有磁簧开关(1000)，所述搭载平台(7)上设有指示灯，所述磁簧开关(1000)通过信号线连接至所述指示灯。

4.根据权利要求3所述的磁性液体微重力模拟装置，其特征在于，所述磁簧开关(1000)包括密封于一个玻璃管(1001)中的第一簧片(1002)和第二簧片(1003)，所述第一簧片(1002)和第二簧片(1003)为弹性可弯曲簧片，端点位置具有磁极接触点，当受到预设阈值的外加磁场力时，产生不同极性并相互吸引闭合，当磁场力降低到阈值以下时，两磁极接触点受簧片弹力自行断开。

5.根据权利要求4所述的磁性液体微重力模拟装置，其特征在于，所述玻璃管(1001)中装有高纯度的惰性气体。

6.根据权利要求2所述的磁性液体微重力模拟装置，其特征在于，所述夹持机构(9)包括夹持基座(901)、位于所述夹持基座(901)两侧的夹持板(902)，所述夹持板(902)与所述夹持基座(901)之间通过若干夹持杆连接，相邻的所述夹持杆之间形成容纳所述实验体模型(10)进入的搭载腔。

7.根据权利要求6所述的磁性液体微重力模拟装置，其特征在于，所述夹持基座(901)靠近所述第二旋转框架(3)的两端分别设有第一连接组件(908)和第二连接组件(909)，所述第一连接组件(908)和第二连接组件(909)分别包括有与所述环形滑槽(303)啮合的齿轮。

8.根据权利要求7所述的磁性液体微重力模拟装置，其特征在于，所述环形滑槽(303)为两条，分别设置在所述第二旋转框架(3)的两个侧面，且所述环形滑槽(303)内均设有沿槽轴分布的内齿，所述第一连接组件(908)和第二连接组件(909)均包括两个间隔的连接臂，两所述连接臂上分别设有与所述内齿啮合的齿轮，两所述连接臂之间具有容纳所述第三转轴(201)和第四转轴(202)的轴端通过的第一通道(90805)。

9.根据权利要求6所述的磁性液体微重力模拟装置，其特征在于，所述夹持杆与所述夹持板(902)可拆卸连接，使所述夹持杆与所述夹持板(902)形成间距可调。

10.根据权利要求9所述的磁性液体微重力模拟装置，其特征在于，所述夹持杆包括两个相互套接的套管和套杆，套杆进入套管的杆体外设有弹簧，使所述套管和套杆弹性可伸缩，套管和套杆相互远离的一端分别与所述夹持基座(901)和所述夹持板(902)相接。

技术总结
本发明公开了一种磁性液体微重力模拟装置，包括搭载平台、第一旋转框架、第二旋转框架和夹持机构，搭载平台垂向设有第一转轴和第二转轴，中心水平布置有电磁线圈板；第一旋转框架通过两条水平转轴转动在第一转轴和第二转轴之间，其中一转轴连接第一驱动机构；第二旋转框架转动连接在第一旋转框架垂直于第一转轴和第二转轴的连线轴方向上，并通过第二驱动机构驱动；第二旋转框架为圆环形框架体，夹持机构位于第二旋转框架内，两端分别与第二旋转框架滑动连接，且至少一端设第三驱动机构。本发明可对多个实验体模型进行三个自由度的微重力模拟运动，施加剩余重力补偿力的同时不影响模型的转动，能保证剩余重力补偿力始终通过实验体模型的质心。

技术研发人员：奚晓鹏,迟海鹏,张怀东,邢希学
受保护的技术使用者：北京戴纳实验科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16