电磁弹射式微重力实验装置用隔振实验舱及其实验方法

本发明涉及空间科学，具体涉及一种电磁弹射式微重力实验装置用隔振实验舱及其实验方法。

背景技术：

1、微重力，是指重力或其它的外力引起的加速度不超过10e-5g～10e-4g。微重力环境，是指在重力的作用下，系统的表观重量远小于其实际重量的环境，不是“零重力”。

2、在地面实现微重力环境是微重力科学研究和实验的基础条件，也可为微重力基础科学节省大量经费和科研时间。已有的地面测试微重力的方式有落塔/落管、电磁弹射/电磁上抛式、失重飞机或航天飞行器。

3、电磁弹射/电磁上抛式创建微重力环境的原理：当物体被上抛下落时，地球的引力(即重力)完全用于产生物体下落的加速度，物体便是处于微重力环境(也是“失重”状态)。

4、电磁弹射微重力实验装置的一般结构为，将两列电磁驱动装置/直线电机作为驱动装置100竖直安装在地面，两个或多个动子101与中间的实验舱体102连接，动子101带动实验舱体102进行向上自由抛物运行，在实验舱体102内部实现微重力环境并进行微重力实验，如图1所示。通过弹射的方式让实验舱体102实现加速上抛、自由上升、自由下落和减速回收四个过程，在自由上升和自由下落的过程是微重力过程。由于系统受到摩擦力和空气阻力影响这里的自由上升和下落不是无干扰的“自由抛物运动”，需要使用电磁驱动装置/直线电机的实时干预，进行力补偿，抵消摩擦力或空气阻力的影响。进而模拟自由抛物过程。

5、电磁驱动装置/直线电机不但提供了是实验舱运行的强大动力，同时也附带了较大的振动干扰，振动源自驱动装置/电机通电后的自身振动。由于电磁驱动器/直线电机的功率较大，在通电过程中会产生较大的自身振动，这个振动会通过动子3传导给实验舱体2，对实验舱体2内部的微重力指标造成较大影响，对微重力测试来说完全是有害的。用理论分析可将振动分为x、y、z三个方向，影响最大的是x方向和z方向(水平方向)。y方向与实验舱体2运行的速度方向一致，可以通过对电磁驱动装置/直线电机的速度控制进行优化压制。这个有害的振动干扰的特点为：(1)从0开始扫频覆盖全域，频率跨度很大，属于扫频。(2)振动能量大。(3)受电控精度和反馈控制影响，每次振动曲线不完全相同，有一定的随机性。具有这些特点的振动对于传统的“橡胶”减震方式是几乎无法完成的，所以必须发明新的隔振结构进行振动隔离。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了一种电磁弹射式微重力实验装置用隔振实验舱及其实验方法。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：电磁弹射式微重力实验装置用隔振实验舱，包括双头拉杆、密封内舱、真空外舱、上导流罩和下导流罩，所述真空外舱的上端和下端分别设有上导流罩和下导流罩；所述双头拉杆竖直布置且两端分别与运行牵引梁的下端和真空外舱的顶部铰接，所述密封内舱的顶部外侧壁通过柔性牵引绳与所述真空外舱的顶部内侧壁连接，所述柔性牵引绳的上端或下端设有自动释放机构，所述柔性牵引绳的上端通过自动释放机构与真空外舱的顶部内侧壁连接或所述柔性牵引绳的下端通过自动释放机构与密封内舱的顶部外侧壁连接。

3、本发明的有益效果是：本发明的电磁弹射式微重力实验装置用隔振实验舱，可应用到地面模拟微重力环境的电磁弹射微重力实验装置上，是实现微重力环境的关键设备；本发明的隔振实验舱采用双头拉杆，可吸收消除运行牵引梁上的水平方向振动；采用柔性牵引绳可以承受密封内舱和科学载荷的全部重量，进一步消减外侧扰动，并使密封内舱保持竖直的稳定状态；采用真空外舱可以进一步起到隔振效果；本发明的隔振实验舱采用多种隔振结构，能够实现全方位隔振效果，保证实验数据的精确性。

4、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

5、进一步，所述双头拉杆为刚性结构，所述双头拉杆的两端分别设有球头结构，所述运行牵引梁的下端以及所述真空外舱的顶部分别设有球头槽，所述双头拉杆两端分别通过球头结构与运行牵引梁下端的球头槽和真空外舱顶部的球头槽铰接。

6、采用上述进一步方案的有益效果是：双头拉杆采用刚性结构，不可被压缩变形，当实验舱向上运行时双头拉杆受拉时需承受实验舱以及科学载荷的全部重量，当实验舱下落运行时，双头拉杆承受压力。双头拉杆的球头结构也可以采用其他万向结构，能够吸收消除运行牵引梁上的水平方向振动。

7、进一步，所述双头拉杆为直线型机构，所述双头拉杆两端的球头结构分别设置在所述双头拉杆轴向的两端。

8、进一步，所述自动释放机构为电磁吸合机构或机械爪机构或自动拔销机构。

9、采用上述进一步方案的有益效果是：自动释放机构可采用任意能够电控实现密封内舱自动释放的机构。

10、进一步，所述真空外舱的外侧壁上设有竖直布置的至少一组导向机构。

11、进一步，所述真空外舱的中间测试区域的横截面为多边形、圆形或椭圆形。

12、进一步，所述真空外舱的内侧底部设有用于接收下落的密封内舱并能够将密封内舱举升的接收举升机构。

13、采用上述进一步方案的有益效果是：采用接收举升机构，用于接收下落的密封内舱，也兼具将密封内舱向上举升的功能，将释放机构恢复锁定，使密封内舱也恢复悬挂状态。

14、进一步，所述真空外舱上设有对自身内部抽真空的第一抽真空设备和检测自身内部压力的第一压力表，所述真空外舱上设有真空舱门；所述密封内舱上设有对自身内部抽真空的第二抽真空设备和检测自身内部压力的第二压力表，所述密封内舱上设有密封舱门，所述密封内舱内设有科学载荷和对科学载荷进行测试的监测系统。

15、进一步，所述真空外舱的底部中心位置设有透明密封窗口，所述下导流罩内正对所述透明密封窗口的位置设有测距传感器，所述测距传感器用于检测密封内舱的底部与所述真空外舱的底部之间的相对距离。

16、电磁弹射式微重力实验装置用隔振实验舱的实验方法，采用上述电磁弹射式微重力实验装置用隔振实验舱实现，包括以下步骤：

17、s1，将真空外舱安装在运行牵引梁上，将科学载荷设置在密封内舱内，利用密封内舱内部的监测系统对科学载荷进行监控测试，将密封内舱闭合，形成内舱密闭空间；

18、s2，将密封内舱通过柔性牵引绳挂装在真空外舱的顶部内侧壁上，使密封内舱保持悬挂状态；

19、s3，将真空外舱闭合并抽真空，利用真空环境隔离振动传导；

20、s4，使真空外舱的控制系统与密封内舱的监测系统通过无线网络建立数据通信，保证所有数据反馈正常；

21、s5，启动与运行牵引梁连接的微重力测试系统，实验舱开始弹射；

22、s6，当真空外舱达到预定速度后进行自由上抛运行，同时自动释放机构打开，使密封内舱与真空外舱分离，此时根据测距传感器反馈的相对距离，控制真空外舱和密封内舱的相对距离保持在设定值，保证真空外舱与密封内舱相互不接触；

23、s7，当真空外舱下落回初始位置时，微重力测试结束，密封内舱落到真空外舱底部；

24、s8，下次实验前通过接收举升机构将密封内舱举起，让自动释放机构重新锁定，将密封内舱重新处于悬挂状态，接收举升机构收回到原位，即可进行下一次实验；若实验结束接收举升机构无需动作。

25、本发明的有益效果是：本发明的实验方法，能够实现实验舱在实验过程中的有效隔振，实验结果更精确可靠。