专利名称:一种运动目标发生装置的制作方法
—种运动目标发生装置
技术领域：
本发明涉及一种运动目标发生装置，其基于弹性势能存储，电磁机构释放可实时再现动态线运动过程，运动目标可复用，并可产生一定范围动态线运动信号。属于运动目标发生装置。
(ニ)背景技术：
在很多应用领域，都需要实时跟踪运动目标体，研究运动目标在运动过程中參数的变化情況。例如，在导弹的发射过程中，内弾道出筒(导弹发射筒/箱)速度是判定发射系统性能是否正常、发射过程成功与否的重要參数。目前的测试系统多种多祥，导弹发射过程中运动參数变化范围有限，仅在加速度为0 50g，速度为0 40m/s，位移为0 50mm 的中等要求范围内变化。因此，如何在实验室环境下，在较小的空间内，研制ー种可以模拟导弹运动參数变化过程，并可获取相应的线运动信号，进而评价导弹发射參数测试系统的性能的实验装置，在航空、航天及相关领域具有十分重要的作用。
目前，可以产生线运动信号的运动目标发生装置比较少，现列举三种常见的装置进行说明。
双离心机装置是用电机控制离心机，使其在规定时间内达到一定的转速，然后在一定的时间内停止，从而产生一个标准的“角运动动态信号”的装置。
空气炮是ー种可以产生高速的线运动信号装置，它是利用压缩空气使在炮筒内的弾丸瞬间产生高速运动。如图I为空气炮结构简图。其结构主要由发射管，高压气室，释放机构和靶室组成。实验初始，空气压缩机在气室I中充气至既定气压，释放快开阀2，气压直接作用于弹丸3，使弾丸3加速，在发射管4内撞击靶室5内的測量装置6。此装置产生的是窄脉宽、高g值的加速度信号。而且体积庞大，结构复杂，运动目标在实验完毕后被销毁， 实验费用高，危险，不易控制，不适合于实验室内、较小空间内操作。
清华大学发明了ー种高速加速装置(专利号200610114601. 0)，如图2所示，采用惯性轮14作为试验加速的动力，在绳索16的牵引下，使沿导轨17滑动的试件产生高速度。 此装置主要是在电机的作用下实现加速过程，因此产生的加速度信号小，加速过程漫长 ’另外，它是在加速度恒定的前提下产生变化的速度信号，不能同时产生线位移，线加速度，线速度三种动态变化的线运动信号。
综上所述，目前的运动目标发生装置中所产生的运动信号大都存在动态精度低， 脉宽窄，非线性且不连续等缺点，而且运动目标运动时间太长，不用重复使用，使得实验费用高，安全系数低，不易控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运动目标发生装置，以解决现有技术中的缺陷，为ー 种采用弹簧存储弹性势能，电磁锁定机构锁定和释放能量相结合的方法，可再现动态线运动过程，运动目标可复用的，产生范围可调、具有一定脉冲宽度与动态精度的，连续的，动态变化的线运动信号的运动目标发生装置。
本发明为一种运动目标发生装置，具体由弹性势能存储单元、能量储备与释放执行机构、装置支撑台、缓冲装置与防护装置五个部分组成。
所述的弹性势能存储单元，为ー压缩弹簧，用来储备能量。
所述的能量储备与释放执行机构用来锁定或释放由弹性势能存储单元所存储的弹性势能。它由步进电机、減速器、联轴器、卷筒、定滑轮、缆绳、光轴、直线导轨、电磁控制单元、电磁鉄、电磁铁安装架、运动目标、直线轴承组成，电磁鉄、电磁铁安装架与运动目标合称为电磁锁定机构。电磁控制电路与电磁铁相连，通过控制电流通断来控制电磁铁与运动目标吸合与释放状态。压缩弹簧，电磁铁，运动目标、直线轴承，从左向右依次穿入光轴。其中电磁铁与电磁安装架通过螺钉安装成一体，安装在两个直线导轨的滑块上。运动目标在直线轴承左侧安装，可保护直线轴承。电磁铁平面与运动目标平面可完全水平吸合。光轴两端分别固定于左、右支座。定滑轮安装于左支座；两平行于光轴的缆绳一端与电磁安装架相连，一端通过定滑轮的滑道绕在卷筒上。步进电机与減速器相连，減速器又通过联轴器与卷筒相连。
所述的装置支撑台用来支撑各组件。它包括左支座，右支座，组合支座以及工作台。左支座、右支座、两个直线导轨、组合支座安装固定在工作台平面上。
所述的缓冲装置，安装在右支座上，用来缓解运动目标对工作台的冲击，可降低运动目标的运动次数，同时可保护直线轴承。
所述的防护装置与工作台安装结合，用于隔离实验装置，实现实验过程中的安全保护。
其中，所述的电磁铁设置为圆形吸盘式，中间留孔，以便穿入弹簧。
其中，运动目标为纯铁材料制成，内置消磁电路。
其中，运动目标上设有安装孔，可安装加速度传感器，使其实时感受动态运动信号，也可以安装高速摄影系统的被测运动目标。
其中，所述的防护装置为ー个透明的防护罩，采用双开活页式结构。
其中，本装置可添加辅助模块，作为其它具有特殊要求的传感器或装置的信号发生装置。即在运动目标的一侧安装一体积适合的撞击块，在右支座的上方安装位移传感器， 当运动目标运动吋，撞击块在与位移传感器接触到位移传感器收缩的过程中，为位移传感器提供了位移信号。
本发明装置的动态运动过程可分为以下几个阶段
初使阶段压缩弹簧处于自由状态，拨动电磁块，使其在直线导轨上缓慢移动，直到与运动目标接触后停止，电磁控制单元发出通电控制信号，给电磁块通以电流，此时，电磁铁与运动目标之间产生的电磁力，使两者完全吸合，成为一体。
储能阶段电机控制単元向电机发生控制信号，步进电机启动，带动卷筒转动，缆绳拉动电磁锁定机构沿直线导轨向左支座方向运动，在给定位置处停止。在此过程中，弹簧被压缩，弾性势能被存储。因此可以通过设置弹簧压缩的长度控制储存能量的大小，进而控制弹簧释放时的冲击カ的大小，控制线运动信号的范围，从而实现对运动目标最大速度、加速度的控制。
能量释放阶段电磁控制单元发出断电控制信号，电磁铁与运动目标间的电流瞬间消失，此时，运动目标在弹簧力的作用下，迅速弹开，此时，弹簧力产生的定向冲击力推动运动目标沿光轴作直线运动，产生动态变化的线运动信号。
剩余能量回收阶段当运动目标运动到与缓冲装置相接触时，缓冲装置吸收剩余能量，减少运动目标体往复运动的次数，直至其停止运动，回到平衡位置。
信号发生原理
以弹簧自然状态作为坐标原点，运动目标的加速度与质量、弹力，阻力满足以下关
F-f = ma
可见，运动目标的线加速度与弹簧力成正比，与本身的质量成反比，即弹簧力越大，质量越小，其获得的线加速度最大。其中弹簧力可表示为F =匕-kxa)，阻力可表示摩擦阻力与空气阻力的和，存在如下关系
权利要求
1.一种运动目标发生装置，具体由弹性势能存储单元(20)、能量储备与释放执行机构、装置支撑台、缓冲装置(23)与防护装置(24)五个部分组成，其特征在于所述的弹性势能存储单元(20)，为ー压缩弹簧，用来储备能量；所述的能量储备与释放执行机构用来锁定或释放由弹性势能存储单元(20)所存储的弹性势能；它由步进电机(211)、減速器(212)、联轴器(213)、卷筒(214)、定滑轮(215)、缆绳(216)、光轴(217)、直线导轨(218)、电磁控制单元、电磁铁(219)、电磁铁安装架(2110)、 运动目标(2111)、直线轴承(2112)组成，其中电磁铁(219)、电磁铁安装架(2110)与运动目标(2111)合称为电磁锁定机构；电磁控制电路与电磁铁(219)相连，通过控制电流通断来控制电磁铁(219)与运动目标(2111)吸合与释放状态；压缩弹簧(20)、电磁铁(219)、 运动目标(2111)、直线轴承(2112)，从左向右依次穿入光轴；其中电磁铁(219)与电磁安装架(2110)通过螺钉安装成一体，安装在两个直线导轨(218)的滑块上；运动目标(2111) 在直线轴承(2112)左侧安装；电磁铁(219)平面与运动目标(2111)平面可完全水平吸合; 光轴(217)两端分别固定于左、右支座；定滑轮(215)安装于左支座(222);两平行于光轴 (217)的缆绳(216) —端与电磁安装架(2110)相连，一端通过定滑轮(215)的滑道绕在卷筒(214)上；步进电机(211)与減速器(212)相连，減速器(212)又通过联轴器(213)与卷筒(214)相连；所述的装置支撑台用来支撑各组件；它包括左支座(222)、右支座(224)、组合支座 (221)以及工作台(223);左支座(222)、右支座(224)、两个直线导轨(218)、组合支座 (221)安装固定在工作台(223)的平面上；所述的缓冲装置(23)，安装在右支座(224)上，用来缓解运动目标(2111)对工作台 (223)的冲击，可降低运动目标的运动次数，同时可保护直线轴承(2112)；所述的防护装置(24)与工作台安装结合，用于隔离实验装置，实现实验过程中的安全保护。
2.根据权利要求
I所述的ー种运动目标发生装置，其特征在于所述的装置是采用弹簧存储弹性势能，电磁锁定机构锁定和释放能量相结合的方法。
3.根据权利要求
I所述的ー种运动目标发生装置，其特征在于所述的电磁铁(219) 设置为圆形吸盘式，中间留孔，以便穿入弹簧。
4.根据权利要求
I所述的ー种运动目标发生装置，其特征在于所述的运动目标 (2111)为纯铁材料制成，内置消磁电路。
5.根据权利要求
I所述的ー种运动目标发生装置，其特征在于所述的运动目标 (2111)上设有安装孔，安装加速度传感器，使其实时感受动态运动信号。
6.根据权利要求
I所述的ー种运动目标发生装置，其特征在于所述的运动目标 (2111)上设有安装孔，安装高速摄影系统的被测运动目标。
7.根据权利要求
I所述的ー种运动目标发生装置，其特征在干所述的防护装置(24) 为ー个透明的防护罩，采用双开活页式结构。
8.根据权利要求
I所述的ー种运动目标发生装置，其特征在于本装置进ー步包含一辅助模块，即在运动目标的ー侧安装一体积适合的撞击块，在右支座的上方安装位移传感器，当运动目标运动吋，撞击块在与位移传感器接触到位移传感器收缩的过程中，为位移传感器提供了位移信号。
专利摘要
本发明一种运动目标发生装置，由弹性势能存储单元、能量储备与释放执行机构、装置支撑台、缓冲装置与防护装置组成弹性势能存储单元为一压缩弹簧；能量储备与释放执行机构中，电磁控制电路与电磁铁相连；压缩弹簧、电磁铁、运动目标、直线轴承，从左向右穿入光轴；电磁铁与电磁安装架安装成一体，安装在直线导轨的滑块上；运动目标在直线轴承左侧；光轴两端分别固定于左、右支座；定滑轮安装于左支座；两平行于光轴的缆绳一端与电磁安装架相连，一端绕在卷筒上；步进电机与减速器相连，减速器通过联轴器与卷筒相连；装置支撑台的左支座、右支座、双直线导轨、组合支座安装在工作台平面上；缓冲装置安装在右支座上；防护装置与工作台安装结合。
文档编号F41B7/00GKCN101315262 B发布类型授权 专利申请号CN 200810114337
公开日2012年7月25日 申请日期2008年6月3日
发明者孟晓风, 王琳, 王莉莉 申请人:北京航空航天大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (3),