[发明专利]一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微重力气浮模拟装置，特别涉及一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置。

背景技术

在对空间碎片的主动清除技术进行研究的过程中，需要在地面有效的模拟出空间碎片在空间中自由漂浮的运动状态。

目前对空间漂浮物体的地面模拟实验主要有两种方法：

1.吊丝法：吊丝法是将目标物体和一个等质量的配重通过一根很长的吊丝悬挂在一个滑轮上，可以实现X、Y、Z三个方向的平动，但是干扰力很大，其X、Y方向的干扰力主要来源于长吊丝倾斜时产生的X、Y方向的重力分量，Z方向的干扰力主要来源于滑轮的摩擦；

2.平面气足法：平面气足法是利用高压空气在平面气足与气浮平面之间形成微小的气膜，从而实现平面气足在气浮平面上沿X、Y两个平动方向和沿Z轴一个转动方向的无摩擦运动，其干扰力水平很低，但是由于平面气足只能紧贴在一块高精度水平面上运动，无法实现Z方向的平动。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，包括支杆、磁浮轴承组件和平面气足三部分，可实现自由漂浮目标在地面沿X、Y、Z三个平动方向和沿Z转动方向共四个自由度的模拟微重力环境下运动。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，包括平面气足、配重支杆、自由漂浮目标和磁浮轴承组件；其中磁浮轴承组件固定安装在平面气足的上端，配重支杆固定在磁浮轴承组件的上端，自由漂浮目标固定安装在配重支杆的顶部。

在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，所述磁浮轴承组件包括固定套、滑杆和直线轴承。

在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，所述滑杆和固定套采用钕铁硼永磁体材料。

在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，磁浮轴承组件产生的磁力与滑杆所承受的重力大小相等，方向相反。

在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，所述固定套包裹在滑杆的外部，固定套与滑杆之间设置有直线轴承，滑杆可沿直线轴承在固定套内轴向伸缩移动。

在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，固定套为圆柱形状，长为80-160mm，端面直径为32-45mm，固定套中心位置设有通孔，孔直径为14-22mm。

在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，滑杆为圆柱形状，长为260-420mm，端面直径为12-20mm，沿固定套轴向伸长距离为80-160mm。

在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，所述直线轴承采用聚四氟乙烯材料。

在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，配重支杆为圆柱形状，材料为非铁磁性不锈钢材料；平面气足为非铁磁性不锈钢材料。本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用磁浮轴承组件，磁浮轴承组件包括固定套、滑杆和直线轴承，滑杆可沿直线轴承在固定套内轴向伸缩移动，通过精密配重使滑杆上所受的重力与磁浮轴承的磁力相等，实现了Z方向平动的近似无摩擦运动。

(2)本发明采用了磁浮轴承组件和平面气足的结合，通过面气足法实现X、Y方向平动和Z方向转动的近似无摩擦运动，同时通过磁浮轴承实现了Z方向平动的近似无摩擦运动，提高了气浮模拟装置的可实现自由度数量；

(3)本发明磁浮轴承组件在固定套和滑杆中间增加了聚四氟乙烯材质的直线轴承，降低了滑杆和固定套相互运动时的摩擦力，降低了气浮模拟装置在垂直方向上的干扰力水平；

(4)本发明的滑杆组件和平面气足采用了非铁磁性不锈钢材料，避免了磁浮轴承对金属部件运动的磁力干扰，降低了气浮模拟装置在水平方向上的干扰力水平。

附图说明

图1为本发明四自由度自由目标微重力气浮模拟装置示意图；

图2为本发明磁浮轴承组件示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为四自由度自由目标微重力气浮模拟装置示意图，由图可知，包括平面气足1、配重支杆4、自由漂浮目标5和磁浮轴承组件；其中磁浮轴承组件固定安装在平面气足1的上端，配重支杆4固定在磁浮轴承组件的上端，自由漂浮目标5固定安装在配重支杆4的顶部。

其中，配重支杆4为圆柱形状，材料为非铁磁性不锈钢材料；平面气足1为非铁磁性不锈钢材料。