УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СТЕНД ИМИТАЦИИ НЕВЕСОМОСТИ КОСМОНАВТОВ

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для имитации невесомости космонавтов (операторов), с целью отработки одним, двумя или тремя космонавтами (операторами), в тренажных скафандрах, процесса шлюзования и отработке других операций в рабочей зоне стенда, с гибкой конструкцией элементов, при проведении наземных испытаний.
Известно обезвешивающее устройство, выполненное в виде двуплечего рычага, шарнирно закрепленного в точке равновесия, на одном конце, которого закреплен обезвешиваемый объект, а на другом - уравновешивающий груз, плечи рычага выполнены раздвижными и кинематически связанными. Возможно снабжение устройства вертикальной осью вращения, установление в подвесе испытываемого объекта датчика ошибки разгружающей силы и гироскопического датчика отклонения подвеса от вертикали. Обезвешивающее устройство может содержать несколько двуплечих рычагов. (Заявка №98104331 RU, G01M 1/00, Опубл. 10.01.2000).
Недостатком является невозможность измерения характеристик обезвешиваемой конструкции (моментов сопротивления, весовой составляющей, скорости перемещения подвижных элементов, усилий в структуре конструкции).
Известно устройство обезвешивания элементов, содержащее шестистепенное газостатическое устройство подвеса, включающее, сферическую газостатическую опору, плоскую газостатическую опору, подпятник, которой находится в камере с газом, и следящую систему по поддерживанию заданного давления газа, в которую входят последовательно соединенные датчик давления, блок управления и исполнительный орган по регулировке давления; три следящие системы, обеспечивающие перемещение шестистепенного газостатического устройства подвеса соответственно по вертикали и в плоскости горизонта, причем следящая система по вертикали содержит привод вертикального перемещения, соединенный через блок управления с датчиком относительного вертикального перемещения подпятника плоской газовой опоры относительно корпуса камеры с газом, а два привода для горизонтального перемещения соединены через соответствующий блок управления с соответствующим датчиком, измеряющим относительное горизонтальное перемещение обезвешиваемого элемента конструкции относительно подпятника
плоской газовой опоры. (Патент SU 1828261 A1, G01M 19/00, Опубл. 20.09.1996).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и как следствие - невысокая надежность, а также, невозможность использования для обезвешивания космонавтов в скафандрах.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрано устройство имитации невесомости механизмов с гибкой конструкцией элементов. Устройство содержит электропривод вертикального перемещения, связанный с обезвешиваемым элементом гибкой связью, проходящей через каретку, с нагрузочной ячейкой, служащей для определения усилия натяжения гибкой связи, перемещающуюся по направляющей. При этом нагрузочная ячейка связана с электроприводом вертикального перемещения через блок управления, который, в свою очередь, связан с электроприводом горизонтального перемещения через датчик, определяющий вертикальное положение гибкой связи и расположенный на каретке. Блок управления состоит из микроконтроллера и персонального компьютера. (Патент РФ №2334970, МПК G01M 19/00, B64G 7/00, Опубл. 27.09.2008) К недостаткам прототипа относится возможность горизонтального перемещения только по одной координате, а также, невозможность использования для обезвешивания одновременно нескольких космонавтов в скафандрах.
Задачей полезной модели является, достижение точности имитации невесомости космонавтов в скафандрах, при шлюзовании и перемещениях в пределах рабочей зоны стенда и отработке других операций в рабочей зоне стенда, за счет мышечных усилий и расширение функциональных возможностей испытательного стенда.
Поставленная задача решается благодаря тому, что универсальный стенд имитации невесомости содержит: блок управления, блок подачи воздуха в скафандры, стойку энергоснабжения стенда, стойку энергосистем, стойку электроприводов вертикального и горизонтального перемещений, компрессоры, люк шлюзования, три металлические конструкции с тележками, имеющими механизмы горизонтального перемещения; металлические конструкции опираются на неподвижные опоры, на металлических конструкциях размещены механизмы вертикальных перемещений, которые, через датчики вертикальной нагрузки соединены со скафандрами, датчики горизонтальных нагрузок установлены на тележках, перемещающихся в горизонтальной плоскости, одни концы металлических конструкций перемещается в радиальной плоскости по трем эстакадам, а вторые концы металлических конструкций вращаются относительно центральной опоры.
Техническим результатом является обеспечение точности имитации невесомости космонавтов (операторов) в скафандрах, при шлюзовании и отработке других операций в рабочей зоне стенда, возможность одновременной работы двух или трех космонавтов (операторов), расширение функциональных возможностей испытательного стенда (расширение диапазона возможных свободных перемещений в горизонтальной плоскости и по вертикали).
На фиг. 1 представлен универсальный стенд имитации невесомости космонавтов, на фиг. 2 показан фрагмент тележки горизонтального перемещения по металлическим конструкциям и датчики горизонтальных нагрузок.
Универсальный стенд имитации невесомости космонавтов содержит: блок управления 1, электроприводы вертикального перемещения 2, электроприводы горизонтального перемещения 3, блок подачи воздуха 4, стойку энергоснабжения стенда 5, стойку пневмосистем 6, стойку питания электроприводов вертикального и горизонтального перемещений 7, компрессоры 8, люк шлюзования 9, три металлические конструкции 10 с тележками 11, имеющими механизмы горизонтального перемещения 12 по эстакадам 13 и тележками 14 имеющими механизмы горизонтального перемещения 3 по металлическим конструкциям 10; к тележкам 14, имеющим механизмы горизонтального перемещения 3 по металлическим конструкциям 10, подвешены скафандры 15; электроприводы вертикального перемещения 2, через датчики вертикальной нагрузки 16 соединены со скафандрами 15; датчики горизонтальных нагрузок 17 установлены на тележках 14 перемещающихся по металлическим конструкциям 10; металлические конструкции 10, с одного конца опираются на эстакады 13, закрепленные на опорах 18 и движутся по эстакадам при помощи тележек 11 имеющих механизмы горизонтального перемещения 12, а с другого конца металлические конструкции 10 опираются на центральную опору 19, относительно вертикальной оси, которой вращаются в радиальной плоскости.
Универсальный стенд имитации невесомости космонавтов (операторов) работает следующим образом: при размещении космонавтов (операторов) в скафандрах 15, в скафандры 15 начинается подача воздуха от блока подачи воздуха 2, нагнетаемого компрессорами 8. При помощи электроприводов вертикального перемещения 2, скафандры 15 с космонавтами (операторами) поднимают на заданную высоту, а сигналы от датчиков вертикальных нагрузок 16 поступают в блок управления 1, что позволяет блоку управления подать необходимые команды на электроприводы вертикальных перемещений 2, с целью обезвешивания скафандров 15 с космонавтами (операторами). При различных движениях космонавтов (операторов), за счет мышечных усилий, сигналы с датчиков вертикальных нагрузок 16 и горизонтальных нагрузок 17 поступают в блок управления 1, который формирует алгоритмы
работы механизмов универсального стенда имитации невесомости, путем снятия значений величин весовой составляющей в точках траектории движения, что приводит к передаче необходимых сигналов на соответствующие приводы 2, 3 и 12, с целью компенсации гравитационных составляющих воздействующих на космонавтов (операторов). Таким образом достигается имитация невесомости космонавтов (операторов) и расширяются функциональные возможности испытательного стенда.