一种低重力落塔实验平台及方法技术

本发明专利技术公开一种低重力落塔实验平台及方法，属于航天领域，用于模拟月球

【技术实现步骤摘要】
一种低重力落塔实验平台及方法


[0001]本专利技术属于航天领域，具体涉及一种低重力落塔实验平台及方法，适用于空间探索地基模拟实验环境，用于月球
、
火星表面低重力环境地基模拟实验平台
。

技术介绍

[0002]低重力环境是介于空间微重力环境（失重）和地球表面重力环境之间的一种重力环境状态
。
比如空间站属于微重力环境，而在月球表面和火星表面的重力加速度分别约为
1/6g
和
1/3g,
属于低重力环境
。
当今空间科技已成为世界科技领域的热点之一，越来越多的科学家和研究机构开始关注微重力环境和低重力环境下的实验研究
。
进入
21
世纪，月球
、
火星探测的竞争更是如火如荼
。
目前的研究旨在通过探测器等空间技术手段，进一步了解月球和火星的环境
、
资源和未知信息
。
总体来说，月球和火星探测仍然面临着许多挑战和风险
。
本专利技术作为一种可模拟月球
、
火星表面低重力环境的重要地基实验设施，因此具有广阔的应用前景
。
[0003]目前，模拟空间微重力环境的实验手段比较多，如地基的微重力落塔，抛物线失重飞机，微重力实验火箭，微重力实验卫星，空间站等，都是让物体处于完全失重的环境中；而如何让物体部分失重，目前现有技术中还没有成熟的可模拟低重力环境的大型地基实验装置；对于一个自由下落的苹果，它在自身重力的作用下下落加速度是重力加速度
g
，如果给苹果施加一个与重力方向相反的较小的恒定阻力，那么苹果的下落加速度就是低重力加速度；但是如何给苹果施加一个恒定的阻力，就是目前模拟低重力环境需要解决的问题
。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，通过系统设计，在中国科学院力学研究所微重力落塔实验平台装置（以下简称北京落塔）基础上，本专利技术提供一种低重力落塔实验平台及方法，依托微重力落塔，实现低重力实验条件；本专利技术能够为相关领域的科学家及科研人员提供相应的低重力实验平台
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案；一种低重力落塔实验平台，包括轴系系统
、
可移动龙门架
、
实验落舱和控制系统；所述轴系系统安装在可移动龙门架的横梁上，所述实验落舱通过吊索悬吊在轴系系统的辊筒上，所述可移动龙门架安装在落塔
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米层的楼板平台处；所述控制系统安装在落塔
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米层的楼板平台处，并通过控制线缆与轴系系统的相关设备连接；所述实验落舱以自身重力驱动所述轴系系统的主轴转动，所述轴系系统的恒阻尼制动器为主轴提供所需的恒定阻尼扭矩，实现主轴和辊筒以恒定的角加速度转动，实验落舱以恒定的低重力加速度下落，达到实验落舱内的低重力实验条件；所述轴系系统包括主轴
、
升降电机
、
电磁离合器
、
恒阻尼制动器
、
辊筒
、
电液制动器
、
测速器
、
伺服电机；所述主轴与升降电机
、
电磁离合器
、
恒阻尼制动器
、
辊筒
、
电液制动器
、
测速器
、
伺服电机连接在一起；所述辊筒通过联轴器与所述主轴连接，所述辊筒缠绕吊
索通过导索轮悬吊所述实验落舱；所述升降电机与所述电磁离合器相连，所述电磁离合器通过联轴器与主轴相连，所述升降电机通过所述电磁离合器驱动所述主轴和辊筒升降所述实验落舱；所述恒阻尼制动器安装在所述主轴上，输出主轴所需恒定阻尼扭矩，为所述实验落舱在下落时提供恒定阻力；所述电液制动器通过联轴器与所述主轴相连，制动主轴不发生转动；所述测速器安装在所述主轴上，检测主轴转速；所述伺服电机通过联轴器与所述主轴相连，设定并调整所述主轴转动角加速度值
。
[0006]本专利技术还提供一种低重力落塔实验平台的实验方法，包括：在落塔的
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米层平台处设置轴系系统，轴系系统的一端的升降电机吸合电磁离合器驱动辊筒转动，辊筒上缠绕吊索，吊索通过可移动龙门架下端的导索轮悬吊实验落舱，起吊实验落舱至落塔
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米层平台处，电液制动器制动主轴；当实验落舱稳定悬停后，电液制动器松开，断开电磁离合器，升降电机与主轴脱离，实验落舱在重力作用下下落，恒阻尼制动器为主轴提供恒定阻尼扭矩，伺服电机输出所需扭矩并控制调节主轴以设定的角加速度转动，实验落舱以设定的低重力加速度下落，伺服电机实时检测主轴的速度反馈信号，再微调控制主轴的转速，让实验落舱达到所需的低重力条件
。
[0007]有益效果：本专利技术提供的一种恒定阻力制动方法，此方法可以让自由落体状态的实验落舱以低重力加速度下落；本专利技术提供的一种低重力落塔实验平台，可以为相关领域的科学家和科研人员提供低重力条件下流体物理
、
火焰燃烧
、
沸腾传热等的科学实验研究，并获取完整影像及进行科研数据采集；填补了我国地基低重力实验装置的空白
。
[0008]本专利技术提供的一种低重力落塔实验平台及方法，在北京落塔经验证实施，可以部分模拟月球
\
火星等近地星球表面的低重力环境，在一定范围内实现低重力实验条件，实验快捷方便且成本低廉
。
附图说明
[0009]图1为本专利技术的低重力落塔实验平台的系统组成示意图；图2为轴系系统示意图；图3为辊筒功能描述图；图4为升降电机功能描述图；图5为伺服电机功能描述图；图6为恒阻尼制动器功能描述图；图7为恒阻尼制动器的扭矩特性图；其中，
a
为激磁电流与输出转矩的关系图，
b
为滑差转速与输出转矩的关系图；图8为电液制动器功能描述图；图9为实验落舱示意图；图
10
为现场控制台功能描述图；图
11
为本实验平台测得的实验落舱内低重力环境实验数据图；图
12
为本实验平台测得的实验落舱内低重力环境实验数据图；图
13
为本实验平台测得的实验落舱内低重力环境实验数据图
。
具体实施方式
[0010]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合
。
[0011]为了模拟月球
、
火星等星球表面的低重力环境（约
g/6、 g/3
），本专利技术设计制造一套实验落舱，利用北京落塔的微重力实验通道，让实验落舱在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低重力落塔实验平台，其特征在于，包括轴系系统
、
可移动龙门架
、
实验落舱和现场控制台；所述轴系系统安装在可移动龙门架的横梁上，所述实验落舱通过吊索悬吊在轴系系统的辊筒上，所述可移动龙门架安装在落塔
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米层的楼板平台处；所述现场控制台安装在落塔
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米层的楼板平台处，并通过控制线缆与轴系系统的设备连接；所述实验落舱以自身重力驱动所述轴系系统的主轴转动，所述轴系系统的恒阻尼制动器为主轴提供所需的恒定阻尼扭矩，实现主轴和辊筒以恒定的角加速度转动，实验落舱以恒定的低重力加速度下落，达到实验落舱内的低重力实验条件；所述轴系系统包括主轴和与主轴连接在一起的升降电机
、
电磁离合器
、
恒阻尼制动器
、
辊筒
、
电液制动器
、
测速器
、
伺服电机；所述辊筒缠绕吊索通过导索轮悬吊所述实验落舱；所述升降电机与所述电磁离合器相连，所述升降电机通过所述电磁离合器驱动所述主轴和辊筒升降所述实验落舱；所述恒阻尼制动器输出主轴所需的恒定阻尼扭矩，为所述实验落舱在下落时提供恒定阻力；所述电液制动器用于制动主轴不发生转动；所述测速器检测主轴的转速；所述伺服电机设定并反馈控制调整所述主轴转动的角加速度值
。2.
根据权利要求1所述的一种低重力落塔实验平台，其特征在于，当实验落舱稳定悬停后，电液制动器松开，断开电磁离合器，升降电机与主轴分离，实验落舱在重力作用下下落，恒阻尼制动器为主轴提供恒定阻尼扭矩，伺服电机输出所需扭矩，实验落舱以设定的低重力加速度下落，伺服电机通过测速器实时检测速度反馈信号，再微调控制主轴的转速以达到所需的低重力条件
。3.
根据权利要求2所述的一种低重力落塔实验平台，其特征在于，实验落舱落入回收网时，伺服电机输出制动扭矩，同时恒阻尼制动器输出刹车扭矩共同制动主轴，由回收网承受大部分冲击载荷，回收实验落舱
。4.
根据权利要求2所述的一种低重力落塔实验平台，其特征在于，伺服电机在实验落舱下落过程中给主轴提供所需扭矩，设定并控制调节主轴转动的角加速度，在实验落舱入网后提供制动扭矩
。5.
根据权利要求2所述的一种低重力落塔实验平台，其特征在于，所述升降电机在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王育人，王俊表，范志杰，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：