Устройство имитации колебаний тренажера спускаемого аппарата на морской поверхности
Устройство имитации колебаний тренажера спускаемого аппарата на морской поверхности относится к области гренажных средств для подготовки космонавтов к действиям после посадки космического аппарата на водную поверхность, к средствам для имитации волнения моря при проведении исследований и испытаний в моделируемых условиях. Устройство включает пространственный каркас, состоящий из верхней рамы, четырех опор и нижней рамы, ложемент спускаемого аппарата, узлы крепления к раме, узлы крепления к ложементу, упругие элементы, кинематический механизм, источник возвратно-поступательного движения, блок задания условий тренировки. В ложементе размещается тренажер спускаемого аппарата. Применение предлагаемого устройства при проведении практических занятий и тренировок космонавтов к действиям после посадки на водную поверхность в наземных условиях позволит обеспечить имитацию волнения моря, т.е. колебания спускаемою тренажера с определенной амплитудой и частотой. При проведении таких тренировок космонавтов, возможно обеспечить одинаковые условия подготовки в разные моменты времени, т.е. обеспечить типовые условия тренировок и легко варьировать их. Предлагаемое устройство не привязано к конкретному месту и может использоваться в любых условиях.
Полезная модель относится к области тренажных средств для подготовки космонавтов к действиям после посадки космического аппарата на водную поверхность, к средствам для имитации волнения моря при проведении исследований и испытаний в моделируемых условиях.
Известны тренажеры для подготовки операторов различных технических средств: тренажер пилотируемого космического корабля по патенту 
2367027, G09B 9/52, динамический тренажер по патенту 2326447, G09B 9/16, динамический тренажер по патенту 2254617, G09B 9/10. Известны пилотажный стенд по патенту 1799173, G09B 9/08, тренажер по патенту 2037209, G09B 9/08, автоматизированный тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей по патенту 2234138, G09B 9/06, позволяющие в процессе обучения операторов имитировать подвижность транспортного средства, самолета или корабля. Известны тренажеры и имитаторы для имитации в процессе тренировок различных факторов, сопровождающих реальные условия функционирования технического средства, к ним относятся имитатор катапультирования для авиационного тренажера по патенту 1586427 G09B 9/08, способ имитации перегрузок, действующих на организм человека в полете по патенту 1360443, G09B 9/08, имитатор визуальной обстановки авиационного тренажера по патенту 1342302, G09B 9/08.
Данные тренажеры и имитаторы приспособлены для решения конкретных целевых задач и расширение их функциональных возможностей для решения дополнительных задач в новых условиях требует их существенной модернизации.
В известных динамических тренажерах воспроизводятся физические воздействия на космонавта только из-за изменения работы двигателей, которые приводят к изменению ускорения космического корабля и изменению его положения. Однако существуют и другие факторы, приводящие к изменению положения космического корабля, в условиях которых необходимо тренировать космонавтов. К ним относятся условия, возникающие при посадке космического аппарата на морскую поверхность с определенной бальностью волнения моря.
В качестве прототипа выбран наиболее близкий но конструктивному исполнению тренажер (патент на ПМ 109980, А63В 21/00), содержащий пространственный каркас, выполненный в виде объемной треугольной клиновидной формы, фиксаторы, закрепленные на двух наклонных стойках рамы, тележку, установленную в направляющих рамы, и трособлочную систему, подсоединенную одним концом своего троса к центральной части корпуса тележки, проходящею через верхний ролик, установленный на раме, и через нижний ролик, установленный на основании рамы, и подсоединенного своим вторым концом к ручке, и откидное кресло, шарнирно закрепленное на основании рамы, тележка установлена в верхней части двух наклонных стоек над фиксаторами, а пружина установлена на оси крепления опоры для ног к тележке.
Недостатками аналогов и прототипа является то, что они не позволяют обеспечить имитацию воздействия морских волн на тренажеры спускаемых аппаратов космических кораблей при проведении практических занятий и тренировок в наземных условиях, которое проявляется в колебаниях тренажера с частотой и амплитудой, соответствующих различной бальности волнения моря, т.е. имеют ограниченные функциональные возможности.
Тренировки космонавтов к действиям после посадки проводятся на тренажерах спускаемых аппаратов, размещаемых в открытом море. При этом на спускаемый аппарат воздействуют морские волны, вызывая его колебания с определенной амплитудой и частотой. Космонавты отрабатывают заданные последовательности действий в условиях ряда факторов, в том числе и воздействия колебаний спускаемого аппарата. При проведении практических занятий и тренировок космонавтов к действиям после посадки на водную поверхность в наземных условиях необходимо обеспечить имитацию волнения моря, т.е. колебания спускаемого аппарата с определенной амплитудой и частотой, соответствующим параметрам колебания спускаемого аппарата в реальных условиях. При этом тренажер может располагаться на твердой поверхности, а устройство должно быть инвариантно к месторасположению, в котором проводятся тренировки, и обеспечивать возможность имитации воздействия морского волнения в требуемом месте проведения тренировки.
Для обеспечения имитации воздействия морского волнения в наземных условиях в устройство, содержащее пространственный каркас, введены ложемент, упругие элементы, узлы крепления к раме, узлы крепления к ложементу, последовательно соединенные кинематический механизм, источник возвратно-поступательного движения и блок задания условий тренировки, при этом пространственный каркас выполнен в виде параллелепипеда из металлического профиля и состоит из верхней рамы, установленной на опорах, прикрепленных к нижней раме, к верхней раме прикреплены узлы крепления к раме, на ложементе установлены узлы крепления к ложементу, каждый упругий элемент подсоединен одним концом к узлу крепления к раме, а вторым концом к узлу крепления к ложементу, кинематический механизм выходом прикреплен к узлу крепления к ложементу, ложемент подвешен на упругих элементах под углом относительно вертикали, соответствующим углу наклона спускаемого аппарата в реальных условиях, а точка крепления кинематического механизма к ложементу смещена от осей симметрии ложемента.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фигуре и включает в себя следующие блоки и узлы: пространственный каркас 1, состоящий из верхней рамы 2, четырех опор 3, нижней рамы 4, узлы 5 крепления к раме, ложемент 6 спускаемого аппарата 7, узлы 8 крепления к ложементу, упругие элементы 9, кинематический механизм 10, источник возвратно-поступательного движения 11, блок 12 задания условий тренировки.
Пространственный каркас 1 выполнен из металлического профиля и имеет форму параллелепипеда. Он состоит из верхней рамы 2, установленной на опорах 3, прикрепленных к нижней раме 4. Пространственный каркас предназначен для крепления элементов устройства и должен обладать жесткостью, достаточной для подвески спускаемого аппарата внутри каркаса.
Узлы 5 крепления к раме предназначены для механического крепления упругих элементов 9 к верхней раме 2 пространственного каркаса. Они должны обеспечивать возможность съемного подсоединения упругих элементов.
Ложемент 6 предназначен для размещения и фиксации в нем тренажера спускаемого аппарата 7. Ложемент 6 должен по форме соответствовать боковой поверхности спускаемого аппарата и части поверхности днища. Ложемент может быть выполнен из металла или композиционных материалов. К ложементу 6 присоединены узлы 8 крепления к ложементу.
Узлы крепления 8 предназначены для подсоединения к ложементу упругих элементов 9 и кинематического механизма 10. Они должны позволять производить отсоединение прикрепляемых частей устройства.
Упругие элементы 9 предназначены для кинематического соединения ложемента с пространственным каркасом 1. Они обеспечивают свободный подвес спускаемого аппарата внутри пространственного каркаса 1. Упругие элементы 9 могут быть выполнены в виде пружин, торсионов.
Кинематический механизм 10 предназначен для передачи переменного механического усилия от источника 11 через ложемент 6 на тренажер спускаемого аппарата 7. Механизм 10 может быть выполнен в виде трособлочной системы, шарнирно-кулисного механизма, шарнира с несколькими степенями слободы, серийно выпускаемых промышленностью. Выход кинематического механизма подсоединен к узлу крепления 8 на ложементе 6, а вход механически связан с выходом источника 11 возвратно-поступательного движения.
Источник 11 возвратно-поступательного движения предназначен для создания гармонически изменяющегося механического усилия. Источник 11 может быть выполнен в виде электродвигателя, гидроцилиндра, пневмоцилиндра, серийно выпускаемых промышленностью.
Блок 12 задания условий тренировки предназначен для управления режимами работы устройства, задания требуемых значений амплитуды и частоты колебаний. Блок 12 может быть выполнен в виде набора тумблеров, клавиатуры, кнопок. Выход блока 12 информационно подключен к источнику 11 возвратно-поступательного движения. Вид сигналов управления от блока 12 определяется конструктивным исполнением источника 11.
Для упрощения схемы на ней не приведены источники энергопитания блока 12 и источника 11.
Функционирование устройства происходит следующим образом. Перед началом тренировки собирается пространственный каркас 1. К нижней раме 4, прикрепляются опоры 3, на которые крепится верхняя рама 2. На нижней раме размещается и фиксируется кинематический механизм 10 и источник 11 возвратно-поступательного движения. В требуемых местах верхней рамы 2 монтируются узлы крепления 5, к которым прикрепляются упругие элементы 9. Внутри каркаса 1 размещается ложемент 6, к узлам крепления 8 которого крепятся свободные концы упругих элементов 9. В ложемент 6 помещается тренажер спускаемого аппарата 7 и фиксируется в нем. К ложементу 6 через кинематический механизм 10 присоединяется источник 11 возвратно-поступательного движения.
Инструктор, проводящий тренировку, на блоке 12 задания условий тренировки устанавливает требуемое значение амплитуды и частоты колебаний спускаемого аппарата. Эти сигналы устанавливают параметры управления, подаваемые на источник 15 возвратно-поступательного движения.
В начальный момент времени тренажер спускаемого аппарата находится в положении статического равновесия. Вес СА уравновешивается за счет упругих сил, возникающих в упругих элементах 9. Изменение положения штока источника 11 через кинематический механизм 10 подается на узел крепления ложемента 6, что приводит к возникновению момента вращения спускаемого аппарата 7 относительно центра давления (точки приложения равнодействующей всех сил, действующих на СА). Вращение СА нарушает статическое равновесие и приводит к изменению сил, действующих на упругие элементы, и вызывает их деформацию, что приводит к возникновению реакций упругих элементов 9, направленных против направления деформаций. Реакции упругих элементов 9 вызывают моменты сил, приводящие к изменению углового положения СА 7, размещенного на ложементе 6. Т.к. проекции вынуждающей силы, действующей от источника 11 возвратно-поступательного движения, на оси действия сил упругих элементов различны, то это приводит к разности моментов, действующих в разных плоскостях, что вызывает угловые движения тренажера спускаемого аппарата по всем трем осям.
При последующих циклах движения штока источника 11 происходит изменение величины вынуждающей силы и, соответственно, изменение момента вращения. В результате происходит изменение углового положения спускаемого аппарата в трех плоскостях - по крену, тангажу и рысканию. Действие гармонической силы приводит к периодическому изменению положения центра тяжести спускаемого аппарата, периодическому изменению углов наклона, что имитирует колебания аппарата на волновой поверхности. Наложение движений оси симметрии спускаемого аппарата по крену и тангажу и движения центра тяжести обеспечивает суммарное движение спускаемого аппарата, аналогичное его колебаниям на волновой поверхности моря. Результирующие параметры колебания спускаемого аппарата соответствует колебаниям спускаемого аппарата в условиях волнения моря. В этих условиях космонавты отрабатывают заданные последовательности действий, определенные методикой тренировки или практического занятия. Изменение моделируемой бальности волнения моря осуществляется с блока 12 путем установки требуемых значений периода и амплитуды движения штока источника 11. Конкретным значениям амплитуды и периода движения штока соответствуют определенные амплитуды и частоты колебаний спускаемого аппарата, т.е. конкретные значения имитируемой бальности волнения моря.
Применение предлагаемого устройства при проведении практических занятий и тренировок космонавтов к действиям после посадки на водную поверхность в наземных условиях позволит обеспечить имитацию волнения моря, т.е. колебания спускаемого тренажера с определенной амплитудой и частотой.
Кроме того, при проведении таких тренировок космонавтов, обеспечиваются одинаковые условия подготовки в разные моменты времени, т.е. обеспечиваются типовые условия тренировок. Предлагаемое устройство не привязано к конкретному месту и может использоваться в любых условиях.
Устройство имитации колебаний тренажера спускаемого аппарата на морской поверхности, содержащее пространственный каркас, отличающееся тем, что введены ложемент, упругие элементы, узлы крепления к раме, узлы крепления к ложементу, последовательно соединенные кинематический элемент, источник возвратно-поступательного движения и блок задания условий тренировки, при этом пространственный каркас выполнен в виде параллелепипеда из металлического профиля и состоит из верхней рамы, установленной на опорах, прикрепленных к нижней раме, к верхней раме прикреплены узлы крепления к раме, на ложементе установлены узлы крепления к ложементу, каждый упругий элемент подсоединен одним концом к узлу крепления к раме, а вторым концом к узлу крепления к ложементу, выход кинематического механизма подсоединен к узлу крепления к ложементу, ложемент подвешен на упругих элементах под углом относительно вертикали, соответствующим углу наклона спускаемого аппарата в реальных условиях, а точка крепления кинематического механизма к ложементу смещена от осей симметрии ложемента.
