用于允許球體相對(duì)于外力場(chǎng)自由取向的組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于允許球體相對(duì)于外力場(chǎng)自由取向的組件。
[0002]特別地，本發(fā)明的組件的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橛糜谠谖⒅亓χ羞M(jìn)行實(shí)驗(yàn)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]空間環(huán)境利用了減小的重力場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)以進(jìn)行對(duì)重力敏感的實(shí)驗(yàn)或揭示地面上由于重力的存在而隱藏的現(xiàn)象。然而，此外在減小的重力場(chǎng)中，長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)可能被在空間航行期間存在的剩余重力場(chǎng)的作用略微影響或高度影響;此外，在航行期間，飛船改變其相對(duì)于剩余重力場(chǎng)的取向。這樣的事實(shí)導(dǎo)致因在實(shí)驗(yàn)期間改變的剩余重力引起的模量和取向的擾亂的存在。不能被限制或消除的這種作用多次嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果或使實(shí)驗(yàn)計(jì)劃復(fù)雜化。
[0004]因此，需要制造一種可用的裝置，該裝置的技術(shù)特征能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明所基于的構(gòu)思為多年前發(fā)現(xiàn)的永久限制聚合的物理現(xiàn)象。簡(jiǎn)言之，當(dāng)液滴被在比液滴接近的固體表面的溫度更高的溫度下加熱時(shí)，因液滴的表面張力的溫度的變化而在液滴中形成表面運(yùn)動(dòng)。進(jìn)行的研究表明這樣的表面運(yùn)動(dòng)使空氣陷于液滴表面與固體表面之間，從而產(chǎn)生軟的、無摩擦的墊層(pillow)。
[0006]當(dāng)保持在不同溫度下的兩個(gè)液滴彼此面對(duì)時(shí)觀察到類似的現(xiàn)象:兩個(gè)液滴并不聚合，即使將兩者推動(dòng)成彼此相抵靠也不會(huì)聚合。
[0007]申請(qǐng)人利用這種現(xiàn)象來滿足上面的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主題是用于在微重力環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的裝置，該裝置的必要技術(shù)特征記載在權(quán)利要求1中并且該裝置的優(yōu)選和/或輔助特征在權(quán)利要求2至12中被闡明。
【附圖說明】
[0009]為了更好地理解本發(fā)明，在下面借助于附圖僅通過示例性并且非限制性的方式給出實(shí)施方式，其中:
[0010]-圖1是根據(jù)本發(fā)明的組件的側(cè)視圖；
[0011]-圖2是圖1的組件的一部分的部分截面圖；
[0012]-圖3是圖2的該部分的第一部分的局部側(cè)視透視圖；
[0013]-圖4是圖2的該部分的第二部分的局部俯視透視立體圖；
[0014]-圖5是圖2的該部分的第三部分的局部俯視透視立體圖；
[0015]-圖6是圖2的該部分的第四部分的局部俯視透視立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]根據(jù)本發(fā)明的組件在圖1中整體以I指示。
[0017]組件I主要包括支承結(jié)構(gòu)件2、筒形隔離密封結(jié)構(gòu)件3以及冷卻/過濾裝置4，其中，在筒形密封結(jié)構(gòu)件3中進(jìn)行微重力環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)，冷卻/過濾裝置4用于允許惰性冷卻氣體例如氮?dú)馊鐚⒃谙旅婷枋龅哪菢釉诟綦x結(jié)構(gòu)件3內(nèi)循環(huán)。
[0018]如圖2中所示，組件I在筒形隔離密封結(jié)構(gòu)件3內(nèi)部包括球體5、兩個(gè)鎖定元件6、四個(gè)液滴支承裝置(drop supports)7(在圖2中僅示出其中的三個(gè))、靜電放電裝置8、注入裝置9，其中，球體5由鋁基輕質(zhì)合金制成并且由兩個(gè)半球彼此旋擰而成，兩個(gè)鎖定元件6從相反兩側(cè)作用在球體5上并且用于在組件I的非操作階段期間保持固定在正確位置中的球體5，四個(gè)液滴支承裝置7分別圍繞球體5定位在規(guī)則四面體的四個(gè)頂點(diǎn)上，靜電放電裝置8能夠使球體5處于與液滴支承裝置7相同的靜電勢(shì)，注入裝置9能夠?qū)⒁后w供給至四個(gè)液滴支承裝置7以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的液滴。冷卻/過濾裝置4能夠使球體表面在比液體的溫度更低的溫度下冷卻以防止液滴在球體表面上聚合，并且能夠過濾球體周圍的氣體以防止灰塵沉積在球體表面和液滴上。
[0019]在圖2中，由于液滴支承裝置7的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，出于簡(jiǎn)潔的目的，并未以截面的形式示出液滴支承裝置7。
[0020]需要溫度和壓力傳感器來監(jiān)測(cè)球體表面溫度、油滴溫度、密封結(jié)構(gòu)件3內(nèi)部的氣體壓力。
[0021]在球體5內(nèi)部定位有實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置通過無線電路板組與外界通信。為了允許無線電信號(hào)穿過金屬球體，已經(jīng)在于球體中鉆出的凹槽中適當(dāng)實(shí)現(xiàn)并定位有天線。天線定位在球體的幾何表面的正下方并且由導(dǎo)電環(huán)氧樹脂覆蓋以防止靜電電荷在球體表面上的積聚。球體表面在樹脂沉積之后的部分的粗糙度和平滑度應(yīng)盡可能接近整個(gè)球體表面的粗糙度和平滑度。
[0022]球體5已經(jīng)經(jīng)過鍍鎳表面處理，并且如圖3中所示，球體5包括擰在一起的兩個(gè)半球9a、9b，以將實(shí)驗(yàn)設(shè)備10和用于通信的無線電路板存放在球體自身內(nèi)部。
[0023]不同的是，球體5可以由摻有石墨或碳的聚合物制成，從而具有重量降低以及主要地透過無線電信號(hào)的優(yōu)點(diǎn);在該構(gòu)型中，不需要具有形成在外球體表面上的天線。
[0024]鎖定元件6設(shè)計(jì)成允許球體5在非操作階段期間被鎖定而不刺入或刮擦球體表面，并且設(shè)計(jì)成能夠支承球體負(fù)載(球體加上實(shí)驗(yàn)設(shè)備)。如圖4中所示，每個(gè)鎖定元件6包括馬達(dá)/編碼器組件12以及通過馬達(dá)/編碼器組件12以已知方式操作的活塞13。
[0025]每個(gè)活塞13包括碗形自由端14。特別地，在每個(gè)活塞13中，碗形自由端14具有比球體表面更大的凹度并且具有六個(gè)槽14a。這些技術(shù)特征的目的是使氣體也冷卻被碗形自由端14覆蓋的區(qū)域中的球體。事實(shí)上，每個(gè)碗形自由端14實(shí)際上僅通過圓周邊緣15與球體表面接觸，從而允許冷卻氣體到達(dá)碗形自由端14下面的基本所有球體表面區(qū)域。
[0026]兩個(gè)鎖定元件6中的僅一個(gè)鎖定元件6包括繞相應(yīng)活塞13的桿纏繞的螺旋彈簧16。以這種方式，抵靠球體表面的壓力在不損害兩個(gè)鎖定元件6的鎖定力的情況下減小到最小程度。
[0027]如圖5中所示，每個(gè)液滴支承裝置7包括馬達(dá)/編碼器組件17以及通過馬達(dá)/編碼器組件17以已知方式操作的活塞18。
[0028]此外，活塞18包括在其一端處的內(nèi)部結(jié)構(gòu)件19，該內(nèi)部結(jié)構(gòu)件19由銅制成并且存放有加熱器和溫度傳感器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)件19包括外稍端20，液滴從外稍端20形成并且外稍端20為邊緣銳利的、加工成截頭圓錐形狀并且具有傾斜45°的側(cè)面。另外，每個(gè)液滴支承裝置7包括液體入口 21、液體出口 22、用于允許液體回路關(guān)閉的遠(yuǎn)程控制閥23以及用于從注入轉(zhuǎn)換至吸入和從吸入轉(zhuǎn)換至注入的遠(yuǎn)程控制閥24。顯然，受控液體入口 21和液體出口 22與內(nèi)部結(jié)構(gòu)件19液壓連接。
[0029]靜電放電裝置8包括馬達(dá)/編碼器組件25、細(xì)鎢絲26以及第二金屬絲27，細(xì)鎢絲26以環(huán)形形狀放置以改善與球體表面的接觸，第二金屬絲27能夠?qū)⒓?xì)金屬絲26與固定至支承裝置的接線片28連接。第二金屬絲27的目的是通過專用電線束執(zhí)行接地。
[0030]為了獲知靜電放電裝置8必須被使用的時(shí)間，組件I包括用于測(cè)量球體5上的靜電電荷的電位計(jì)(圖中未示出)。
[0031]如圖6中所示，注入裝置9包括馬達(dá)/編碼器組件29和儲(chǔ)液器30，其中，通過馬達(dá)/編碼器組件29操作的活塞31能夠移動(dòng)。注入裝置包括面向儲(chǔ)液器30的填充閥32和液體出口33。液體出口 33通過軟管與液滴支承裝置7的液體入口 21連接。液滴應(yīng)僅通過活塞31運(yùn)動(dòng)形成或被抽吸并且液滴體積應(yīng)被控制。優(yōu)選地，用于形成液滴的液體為粘度和鏈長(zhǎng)度不同的硅油。
[0032]不聚合液滴的穩(wěn)定性受若干因素——如表面粗糙度、靜電電荷的存在、液滴與球體表面之間的溫差、球體表面上的灰塵的存在一一強(qiáng)烈影響。
[0033]在保持住液滴與球體表面之間的適當(dāng)溫差以及保持球體和液滴周圍的環(huán)境無灰塵的限制條件方面，已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了專用的冷卻/過濾裝置4。該冷卻/過濾裝置4包括兩個(gè)相同的箱(吸氣裝置)34，在該箱34中插入有受控風(fēng)扇、填充有在封閉回路中循環(huán)的水的冷卻元件以及多孔過濾器。兩個(gè)吸氣裝置(lungs)34通過兩個(gè)密封入口管35連接至筒形隔離密封結(jié)構(gòu)件3。兩個(gè)密封入口管35中的每個(gè)密封入口管通過相應(yīng)入口窗進(jìn)入筒形隔離密封結(jié)構(gòu)件3。
[0034]放在相應(yīng)吸氣裝置34中的每個(gè)風(fēng)扇產(chǎn)生了沖擊在球體上的干燥、清潔的氣體(氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w)的強(qiáng)制通風(fēng)。氣體通過穿過冷卻液體流動(dòng)經(jīng)過的冷卻元件而被冷卻。氣體和冷卻液體不接觸。冷卻液體的溫度可以調(diào)節(jié)成得到適當(dāng)?shù)臍怏w冷卻射流的效率。
[0035]為了防止球體因氣體流量的失準(zhǔn)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了彼此相對(duì)的兩個(gè)入口窗。氣體射流可以被控制以具有沖擊在球體上的為零的靜動(dòng)量。氣體流量和溫度通過專用流量計(jì)和溫度傳感器監(jiān)測(cè)。
[0036]注入至結(jié)構(gòu)件中的氣體通過兩個(gè)相對(duì)的出口管36(在圖1中僅示出一個(gè)出口管)抽吸，兩個(gè)出口管36中的每個(gè)出口管通過離開每個(gè)入口窗90度放置的相應(yīng)出口窗進(jìn)入筒形隔離密封結(jié)構(gòu)件3。每個(gè)出口管36將筒形隔離密封結(jié)構(gòu)件3連接至相應(yīng)吸氣裝置34。具體地，每個(gè)出口管36從筒形隔離密封結(jié)構(gòu)件3吸入氣體并且將氣體排出至相應(yīng)吸氣裝置34。
[0037]基本上，冷卻/過濾裝置4由兩個(gè)相同管道構(gòu)成，每個(gè)管道用于將冷卻/過濾的氣體注入筒形隔離密封結(jié)構(gòu)件3并且從筒形隔離密封結(jié)構(gòu)件3吸入氣體。
[0038]每個(gè)入口窗具有比球體的直徑更大約20mm的直徑，以避免射流可能僅沖擊部分球體。以這種方式，所有球體表面區(qū)段總是被均勻的氣體流所覆蓋。適當(dāng)?shù)姆至髟呀?jīng)插入管中以允許氣體射流沖擊到整個(gè)球體表面上。原始的裝置是本發(fā)明的一部分并且對(duì)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)期間的