宇航員微重力操作訓(xùn)練設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、由于太空的微重力環(huán)境，使航天員的艙外操作和在地面的動作有很大的不同。為了高的可靠性，航天員在艙外的操作需要在地面做長時間的訓(xùn)練，同時，一些安全保護措施也需要在地面做充分試驗與驗證才能使技術(shù)成熟并投入使用。所以通過物理方法在地面實現(xiàn)模擬太空微重力環(huán)境實現(xiàn)對航天員的訓(xùn)練和試驗，是航天員安全進入太空完成各種操作的基礎(chǔ)。本文采用靜壓氣浮技術(shù)，設(shè)計了可供宇航員操作訓(xùn)練的三自由度微重力模擬系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)基礎(chǔ)技術(shù)微重力環(huán)境動力學(xué)以及氣浮流體力學(xué)進行

2、了理論建模、仿真計算和實驗研究。
　　本文完成了宇航員三自由度微重力操作訓(xùn)練系統(tǒng)的完整設(shè)計。該系統(tǒng)將模擬太空站和穿航天服的航天員分別放置于氣浮臺上。太空站模擬器上安裝了電連接器的裝拆操作組件(推拉操作)和螺栓螺母裝拆的操作組件(扭轉(zhuǎn)操作)，可供站立于另外一個氣浮臺上的航天員做推拉以及扭轉(zhuǎn)操作訓(xùn)練；當(dāng)兩個氣浮臺供氣后，氣浮臺與支撐平臺之間產(chǎn)生氣膜，使氣浮臺在平臺上自由移動與轉(zhuǎn)動，從而模擬三自由度的微重力運動狀態(tài)。
　　對太空站

3、系統(tǒng)和航天服系統(tǒng)之間的相互作用情形進行了運動學(xué)和動力學(xué)仿真。得出了氣浮平臺在平移運動、旋轉(zhuǎn)運動以及二者的復(fù)合運動中的速度在不同坐標系轉(zhuǎn)化關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式，建立了氣浮臺的運動學(xué)方程以及二維平面內(nèi)的動力學(xué)方程；建立了與實驗平臺相對應(yīng)的系統(tǒng)3-D模型，利用ADAMS軟件，得到了氣浮臺在推拉操作以及扭轉(zhuǎn)操作工況中不同力、力矩作用下的位移、速度、加速度關(guān)系。
　　平面靜壓氣浮是通過節(jié)流小孔將外部氣源提供的壓縮空氣導(dǎo)入平面運動副的間隙，從而建

4、立靜壓支撐。本文通過流體力學(xué)方法建立了描述該過程的數(shù)學(xué)模型，并采用FLUENT軟件仿真，獲得了氣體在節(jié)流孔和氣腔內(nèi)的壓力、密度、流速分布云圖，從而計算得到的承載力，得出軸承的幾何參數(shù)如氣腔直徑、深度、軸承外徑、節(jié)流孔直徑等參數(shù)與軸承承載力的關(guān)系。
　　為了驗證理論研究的結(jié)論，對氣浮臺的承載力特性進行了實驗研究。對不同供氣壓力下氣浮臺的承載能力進行了測試，得出供氣壓力對軸承承載能力的影響。實驗結(jié)果驗證了仿真分析的可靠性。論文研究為多