一种水下模拟超重/失重环境试验装置及试验方法与流程

本技术属于航空航天环境模拟，具体涉及一种水下模拟超重/失重环境试验装置及试验方法。

背景技术：

1、载人航天事业是人类历史上最为复杂的系统工程之一，它的发展取决于整个科技水平的发展。同时，它也影响这整个现代科学技术领域的发展，同时对于现代科学技术的各个领域提出了新的发展要求，从而可促进和推动整个科学技术的发展。

2、然而在宇航员执行航天任务的时候，会遇到失重和超重现象。这些失重或者超重环境会给宇航员带来各种各样的困难，经过航天飞行后，航天员的心血管调节功能出现失调，即超重耐力下降、立位耐力下降、运动耐力下降，表现为晕厥、运动能力降低、不能耐受训练等，会对宇航员的身体健康带来不可忽视的影响，目前的仿太空失重和超重的装置使用弹簧和缆绳的张力或喷气时装置气浮起来实现失重和超重状态的模拟，加速度并不稳定不易调节，且装置的周围并无多少保护措施容易产生偏斜导致产生安全隐患。

3、申请内容

4、为克服上述现有技术的不足，本技术提出一种水下模拟超重/失重环境试验装置，包括：舱体机构、液体供给机构、气体供给机构、大水箱5和位置检测器；

5、所述舱体机构设置在所述大水箱5内部，所述液体供给机构和所述气体供给机构分别与所述舱体机构连接，且所述液体供给机构和所述气体供给机构均设置在所述大水箱5的外部，所述位置检测器设有多个，多个所述位置检测器分别设置在舱体机构和大水箱5上，所述舱体机构内设有控制系统，所述控制系统与所述液体供给机构和气体供给机构通信连接；

6、所述位置检测器用于：检测舱体机构在大水箱5中的位置并将位置信息发送至控制系统；

7、所述控制系统用于：根据位置检测器提供的位置信息控制所述气体供给机构注入或排出压缩气体来改变舱体机构的体积；和/或控制所述液体供给机构注入或排出液体来改变舱体机构的重量。

8、优选的，所述位置检测器包括：传感器一12、传感器二17和传感器三20；

9、所述传感器一12和传感器二17在垂直方向自上而下依次设置在所述大水箱5内，所述传感器三20设置在舱体机构上。

10、优选的，所述舱体机构包括：主舱体21、气体膨胀组件、配重室11和座舱控制室10；

11、所述座舱控制室10安装在所述主舱体21的内部，所述控制系统设置在所述座舱控制室10中，所述主舱体21设置在所述大水箱5的内部，所述气体膨胀组件设置在所述主舱体21的底部，所述气体膨胀组件与所述气体供给机构连接，所述配重室11设置在所述主舱体21的外侧，所述配重室11与所述液体供给机构连接；

12、所述传感器三20安装在所述主舱体21的外侧。

13、优选的，所述座舱控制室10和所述主舱体21连接处设有座舱进出口9，所述座舱进出口9将外部空间和座舱控制室10贯通连接，所述座舱进出口9上设有对应设有密封板，使用所述密封板对所述座舱进出口9进行密封或开启。

14、优选的，所述气体膨胀组件包括：相互连接的气舱7和压缩气囊8，所述气舱7安装在所述主舱体21的底部，所述压缩气囊8连接在所述气舱7的底部，所述气体供给机构与所述气舱7连接。

15、优选的，所述气体供给机构包括：空气压缩机1、进气管2和出气管4；所述进气管2的其中一端连接所述空气压缩机1，另一端连接所述气舱7，所述出气管4的一端连接所述气舱7，另一端向外延伸至大水箱5的外侧与外部大气环境连接。

16、优选的，所述液体供给机构包括：供液管14、出液管15和液体罐16；所述供液管14和所述出液管15的其中一端分别连接在所述液体罐16上，所述供液管14和所述出液管15的另一端分别连接所述配重室11。

17、优选的，所述液体罐16中的液体为水银液体。

18、优选的，所述大水箱5内设有限位组件，所述传感器一12和传感器二17在垂直方向自上而下依次安装限位组件上，所述限位组件包括：立柱一6、立柱二19、立柱三22、立柱四23和压力挡板18；

19、所述立柱一6、立柱二19、立柱三22和立柱四23分别垂直固定在所述大水箱5的箱底，所述舱体机构卡设在所述立柱一6、立柱二19、立柱三22和立柱四23之间，所述压力挡板18与所述大水箱5的底面相平行，所述压力挡板18可活动的安装在所述立柱一6、立柱二19、立柱三22和立柱四23之间；

20、当所述舱体机构位于传感器一12的位置时，所述压力挡板18关闭并支撑在所述舱体机构底部；

21、当所述舱体机构向所述传感器二17的位置下沉时，所述压力挡板18打开使所述舱体机构下沉。

22、基于同一申请构思，本技术还提供了一种水下模拟超重/失重环境试验方法，包括：

23、当位置检测器检测到舱体机构浮在大水箱5中时，控制系统根据位置检测器提供的位置信息控制所述液体供给机构向舱体机构注入液体，增加舱体机构的重量，使得所述舱体机构进行下沉运动模拟失重环境；

24、当位置检测器检测到舱体机构沉于大水箱5中时，控制系统根据位置检测器提供的位置信息控制所述气体供给机构向舱体机构注入气体，增加舱体机构的体积，同时舱体机构中的液体排出回到液体供给机构中改变舱体机构的重量，使得所述舱体机构进行上浮运动模拟超重环境；

25、其中，所述一种水下模拟超重/失重环境试验装置如上所述的一种水下模拟超重/失重环境试验装置。

26、优选的，所述当位置检测器检测到舱体机构浮在大水箱5中时，控制系统根据所述位置检测器提供的位置信息控制所述液体供给机构向舱体机构注入液体，增加舱体机构的重量，使得所述舱体机构进行下沉运动模拟失重环境，包括：

27、当传感器三20位于传感器一12处时，舱体机构浮在大水箱5中，控制系统根据所述传感器三20和所述传感器一12提供的位置信息控制所述液体罐16开启，将水银经供液管14注入配重室11增加主舱体的重量，压力挡板18打开，主舱体21沿立柱一6、立柱二19、立柱三22、立柱四24进行垂直方向下的下沉运动模拟失重环境；当传感器三20到达传感器二17的位置时，所述控制系统控制所述液体罐16停止水银的持续注入。

28、优选的，所述当位置检测器检测到舱体机构沉于大水箱5中时，控制系根据所述位置检测器提供的位置信息统控制所述气体供给机构向舱体机构注入气体，增加舱体机构的体积，同时舱体机构中的液体排出回到液体供给机构中改变舱体机构的重量，使得所述舱体机构进行上浮运动模拟超重环境，包括：

29、当主舱体的传感器三20位于传感器二17的位置时，舱体机构沉于大水箱5中，控制系统根据所述传感器三20和所述传感器二17提供的位置信息控制所述空气压缩机1开启，将压缩空气经进气管2输入到气舱7，从而带动气囊8体积膨胀，使得主舱体的体积发生改变，进而改变主舱体21受到的浮力；与此同时，所述控制系统控制所述液体罐16将配重室11中的水银通过出液管15排出流回液体罐16中，从而改变主舱体21的质量，这时主舱体21会沿着立柱一6、立柱二19、立柱三22、立柱四24进行垂直方向上的上浮运动模拟超重环境；当传感器三20到达传感器一12的位置时，所述控制系统控制所述空气压缩机1停止注入压缩空气。

30、与最接近的现有技术相比，本技术具有的有益效果如下：

31、一种水下模拟超重/失重环境试验装置，其特征在于，包括：舱体机构、液体供给机构、气体供给机构、大水箱5和位置检测器；所述舱体机构设置在所述大水箱5内部，所述液体供给机构和所述气体供给机构分别与所述舱体机构连接，且所述液体供给机构和所述气体供给机构均设置在所述大水箱5的外部，所述位置检测器设有多个，多个所述位置检测器分别设置在舱体机构和大水箱5上，所述舱体机构内设有控制系统，所述控制系统与所述液体供给机构和气体供给机构通信连接；所述位置检测器用于：检测舱体机构在大水箱5中的位置并将位置信息发送至控制系统；所述控制系统用于：根据位置检测器提供的位置信息控制所述气体供给机构注入或排出压缩气体来改变舱体机构的体积；和/或控制所述液体供给机构注入或排出液体来改变舱体机构的重量；通过液体供给机构改变舱体机构的重量使得舱体机构向下下沉，具有向下的加速度，从而整个主舱体处于超重状态；通过气体供给机构改变舱体机构的体积使得舱体机构受到的浮力向上上浮，具有向上的加速度，从而整个主舱体处于失重状态。

技术实现思路