本实用新型专利技术公开了一种体验微重力的装置，应用于航空航天领域，整体为圆柱体的体验舱室，结构包括舱体(1)、压力感应器(2)、磁力衣(3)、绳索(4)、力传感器(5)、绝缘层(6)、电磁铁(7)、控制系统(8)、电磁起重装置(9)、缓冲层(10)、角度仪(11)、磁场屏蔽材料(12)、门(13)、安全带(14)。本实用新型专利技术基于电磁起重机的原理，体验人员穿上磁力衣(3)，通过绳索(4)与舱体(1)顶部相连接，在电磁铁(7)的吸引力下抵消一部分重力，同时通过力传感器(5)、控制系统(8)、角度仪(11)等结构实时动态调节受力情况及方向，为人员提供失重感，模拟太空环境，同时利用绝缘层(6)、缓冲层(10)、安全带(14)等结构保证人员人身安全。
【技术实现步骤摘要】
一种体验微重力的装置
本专利技术应用于航空航天领域，给出一种让航天员体验微重力下实验操作的装置，并且用于民众体验微重力的感觉。
技术介绍
目前航天员的失重训练是利用失重飞机完成的。失重飞机可以完成抛物线飞行，形成15-40秒的微重力时间。使航天员感受、体验和熟悉失重环境，在失重的时间里可以做各种试验，如吃东西、喝水、穿脱衣服、闭眼与睁眼的定向运动,甚至可把一个舱体搬进机舱中，还可以进行人在失重的时间里从舱体爬出来的试验，训练太空的出舱活动。美国的小型失重飞机有T-33和F-104飞机改装的失重飞机。大型失重飞机有KC-135和PC-9，苏联/俄罗斯用伊尔-76改装的大型失重飞机，其微重力时间大约有30s秒。法国有“快帆”和A300失重飞机，A300是目前世界上最大的失重飞机。日本也有大型或中型失重飞机。中国曾利用歼-5改装成小型失重飞机。在地面还可以用中性浮力水槽产生的漂浮感觉，模拟训练航天员在失重时进行工作和维修。中性浮力水槽模拟失重的原理是，当人体浸入水中时，通过增减配重和漂浮器使人体的重力和浮力相等，即中性浮力，获得模拟失重的感觉和效应；但它并没有消除重力对于人体及其组织的作用，因此，它不同于真实的失重环境。目前，这种方法主要用于对出舱活动的航天员进行训练。一般是将1：1的航天器放入水槽中，航天员穿上改制的舱外航天服,进行出舱活动程序的模拟和技能的训练。本专利技术基于电磁起重机的原理，通过控制系统(8)及各个传感器协同工作，模拟太空环境，本专利技术面向于航天员及体验微重力效果的普通民众，用于其体验微重力下实验操作(如植物栽培、测量数据等等)和日常活动等，用电磁铁(7)对磁力衣(3)的电磁吸引力抵消人体的重力，再通过控制系统(8)及各个部分传感器的协同控制保持人员在装置内的动态平衡，但由于是外加力场作用于人体，无法模拟外太空真实力场对人体组织的失重效果，故本专利技术提供类似于空间里微重力的感觉，与真实太空失重环境有区别。
技术实现思路
1.一种体验微重力的装置，其特征包括舱体(1)、压力感应器(2)、磁力衣(3)、绳索(4)、力传感器(5)、绝缘层(6)、电磁铁(7)、控制系统(8)、电磁起重装置(9)、缓冲层(10)、角度仪(11)、磁场屏蔽材料(12)、门(13)、安全带(14)，本装置各部分之间连接及位置关系如下：电磁铁(7)与控制系统(8)及电磁起重装置(9)一起整合在舱体(1)顶部，绝缘层(6)附着在舱体(1)顶部下表面，缓冲层(10)附着在绝缘层(6)下表面，力传感器(5)一端连接控制系统(8)，一端连接角度仪(11)，角度仪(11)下方连接绳索(4)，绳索(4)连接磁力衣(3)，磁力衣(3)的上下左右四个方向连接安全带(14)，安全带(14)一侧连接磁力衣(3)，一侧连接舱体(1)，舱体(1)侧面开有门(13)，舱体(1)底部为压力感应器(2)，舱体(1)四周包裹磁场屏蔽材料(12)。2.一种体验微重力的装置，其特征是：舱体(1)为高强度绝缘材料制成的直径1.5-8m、高度2-5m的空心圆柱体，舱体(1)外部覆盖一层磁场屏蔽材料(12)，屏蔽磁场避免影响装置外部的仪器和金属；舱体(1)上有压力感应器(2)用于感应人员对舱体(1)底部的压力，信号反馈到控制系统(8)来调节电磁铁(7)电流的大小，从而控制电磁力的大小来升降人员，绳索(4)作为传感器，其内部的拉力通过力传感器(5)传输到控制系统(8)，在整个过程中绳索(4)不提供对人体宏观向上的拉力，但需要时刻保持绷直的状态，即绳索(4)内部需要存在小部分力，为人体重力的1/20，此力反馈给控制系统(8)来动态调节人体的平衡，人员在装置内受到电磁铁(7)的吸引力，使人员在舱内处于“悬浮”状态，体验到微重力的感觉，在体验过程中需要动态调节绳索(4)内拉力避免人员身体产生剧烈晃动以避免发生意外；磁力衣(3)为高精密纤维材料制成的、包裹住人员躯干部的特殊衣服，中间衬料为高磁性磁铁钕铁硼磁铁，为人员提供向上的电磁力；绝缘层(6)为绝缘材料，隔绝电路及控制系统(8)与装置内部的接触，避免产生漏电现象，起到保护系统和人员的作用；缓冲层(10)为厚度30cm的弹性填充物，以防止电流突然增大导致人员受到的电磁力过大发生意外；安全带(14)固定在磁力衣(3)的上下前后左右六个方向，另一端与装置主体相连，在普通状态下处于松弛状态，当发生特殊情况时，人员某一方向加速度突然增大达到极限状态安全带会提供一个向反方向的一个弹力，以防止人员撞到装置四周；电磁起重装置(9)为圆形盘状结构，均分为八个角度固定8个相同的电磁铁(7)，通电时对磁力衣(3)的磁力的水平分力相互抵消，形成竖直向上的合力；人员在水平方向发生位移时，角度仪(11)记录绳索(4)在水平方向的角度信息反馈给控制系统(8)，相应的调节该方向上的电磁铁(7)减小电流减小电磁力，使人员自由地完成水平方向的运动；控制系统(8)负责接收各个传感器的信号，并实时调节装置内各个电磁铁(7)的工作情况。附图说明图1为本专利技术公开的一种体验微重力的装置图图2给出志愿者在装置内受力分析图具体实施方式在体验过程中舱体(1)内部会产生较强的磁场，因此舱体(1)外部覆盖一层磁场屏蔽材料(12)，为80％的镍合金和20％的PVC的复合材料，用于屏蔽磁场对装置外部的仪器和金属造成的影响，人员在进入装置之前需要卸掉身上一切金属装置(如耳环、手链等)，从门(13)进入装置主体，穿上磁力衣(3)，站在压力感应器(2)中心，此时绳索(4)处于松弛状态且电磁铁(7)没有通电，压力感应器(2)的压力即为人员的重力，开启电磁起重装置(9)，逐渐增大电流，磁场增大，电磁铁(7)对人员的吸引力增大，电磁力的大小可以通过压力感应器(7)的示数得到，并且可以根据人员需要的体验程度调节电磁力的大小，当保持电流恒定时，此时控制系统(8)控制绳索(4)逐渐拉伸，直到绳索(4)处于绷直状态并存有大约1/20人体重力的拉力，此时人员可以在装置内完成一些简单的动作和位移；人员用力踏压力感应器(2)时会产生向上的加速度，此时绳索(4)内部拉力减小，此时控制系统(8)接收到信号控制绳索(4)向电磁起重装置(9)内部收缩，以保持绳索(4)始终处于紧绷状态，控制系统(8)控制电流适当减小以促进人员回落到地面，当绳索(4)内部拉力开始增大，人员有回落趋势，此时控制系统(8)控制电磁起重装置(9)向装置内放绳索(4)，并适当增大电流增强磁场，垂直方向上的运动为动态控制的过程，通过控制系统(8)实时控制绳索(4)的缩放和电流大小来保证人员在悬浮过程中有较强的失重参与感；在人员进行水平方向位移时，绳索(4)不再垂直，角度仪(11)会检测到一个垂直角度偏移信号和水平角度偏移信号，水平角度偏移信号反馈给控制系统(8)，控制系统(8)控制绳索(4)水平偏移方向上最远的一个电磁铁(7)电流减小，垂直方向角度偏移越大，电流减小的越多，以此保持人员在水平方向上受力平衡，不会明显感受到电磁吸引力在水平方向上的阻碍作用，当绳索(4)趋于垂直时适当增大电流，以此控制人员在水平方向上的动态平衡，在水平位移过程中控制系统(8)同样控制绳索(4)的缩放以保证绳索(4)内存在小部分拉力以作为传感器反馈信号；由于电磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种体验微重力的装置，其特征包括舱体(1)、压力感应器(2)、磁力衣(3)、绳索(4)、力传感器(5)、绝缘层(6)、电磁铁(7)、控制系统(8)、电磁起重装置(9)、缓冲层(10)、角度仪(11)、磁场屏蔽材料(12)、门(13)、安全带(14)，本装置各部分之间连接及位置关系如下：电磁铁(7)与控制系统(8)及电磁起重装置(9)一起整合在舱体(1)顶部，绝缘层(6)附着在舱体(1)顶部下表面，缓冲层(10)附着在绝缘层(6)下表面，力传感器(5)一端连接控制系统(8)，一端连接角度仪(11)，角度仪(11)下方连接绳索(4)，绳索(4)连接磁力衣(3)，磁力衣(3)的上下左右四个方向连接安全带(14)，安全带(14)一侧连接磁力衣(3)，一侧连接舱体(1)，舱体(1)侧面开有门(13)，舱体(1)底部为压力感应器(2)，舱体(1)四周包裹磁场屏蔽材料(12)。
【技术特征摘要】
1.一种体验微重力的装置，其特征包括舱体(1)、压力感应器(2)、磁力衣(3)、绳索(4)、力传感器(5)、绝缘层(6)、电磁铁(7)、控制系统(8)、电磁起重装置(9)、缓冲层(10)、角度仪(11)、磁场屏蔽材料(12)、门(13)、安全带(14)，本装置各部分之间连接及位置关系如下：电磁铁(7)与控制系统(8)及电磁起重装置(9)一起整合在舱体(1)顶部，绝缘层(6)附着在舱体(1)顶部下表面，缓冲层(10)附着在绝缘层(6)下表面，力传感器(5)一端连接控制系统(8)，一端连接角度仪(11)，角度仪(11)下方连接绳索(4)，绳索(4)连接磁力衣(3)，磁力衣(3)的上下左右四个方向连接安全带(14)，安全带(14)一侧连接磁力衣(3)，一侧连接舱体(1)，舱体(1)侧面开有门(13)，舱体(1)底部为压力感应器(2)，舱体(1)四周包裹磁场屏蔽材料(12)。2.根据权利要求1所述的一种体验微重力的装置，其特征是：舱体(1)为高强度绝缘材料制成的直径1.5-8m、高度2-5m的空心圆柱体，舱体(1)外部覆盖一层磁场屏蔽材料(12)，屏蔽磁场避免影响装置外部的仪器和金属；舱体(1)上有压力感应器(2)用于感应人员对舱体(1)底部的压力，信号反馈到控制系统(8)来调节电磁铁(7)电流的大小，从而控制电磁力的大小来升降人员，绳索(4)作为传感器，其内部的拉力通过力传感器(5)传输到控制系统(8)，在整个过程中绳索(4)不提供对人体宏观...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘红，方晨昊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：北京,11
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