ТРЕНАЖЕР С "БЕГУЩЕЙ" ДОРОЖКОЙ Российский патент 2007 года по МПК A63B22/02 A63B24/00 

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к устройству оборудования для физических упражнений, предназначенного для использования в космосе.

Известен бортовой тренажер для тренировки и поддержания физической формы космонавтов [Елисеев А.С. «Техника космических полетов». М., Машиностроение, 1983 г., стр.154] (прототип), предназначенный для установки на космические аппараты (КА). В состав тренажера входят "бегущая" дорожка и система нагружения. "Бегущая" дорожка представляет собой транспортер, который приводится в движение электроприводом. Замкнутая в кольцо лента транспортера надета на два шкива, установленных на металлическом основании. Ведущий шкив соединен с электроприводом и закреплен на основании жестко, а ведомый связан с основанием через натяжной механизм. Под рабочей частью ленты имеются опорные ролики. Основание неподвижно через амортизаторы крепится к элементам конструкции КА.

Система нагружения выполнена из упругих элементов, пристегивающихся с помощью замков к тренировочному костюму космонавта. Система создает нагрузку вдоль продольной оси тела человека, имитирующую силу тяжести.

Для уменьшения воздействия тренажера с бегущей дорожкой на конструкцию станции в упомянутом решении используется система амортизации и демпфирования, включающая амортизаторы и массивную плиту-основание.

Недостатками данного прототипа является то, что при имитации бега и прыжков на основание тренажера и через него на конструкцию КА передаются толчки и удары, которые создают нагружения и колебания конструкции станции. Во время использования экипажем данного тренажера с бегущей дорожкой невозможно проведение экспериментов в условиях микрогравитации на станции, вследствие чего исключается проведение ряда точных режимов работы аппаратуры, затрудняются точные наблюдения.

Со своей стороны опасность колебаний конструкции станции накладывает свои ограничения на режимы бега и ходьбы (частота колебаний тренажера при упражнениях не должна совпадать с собственной частотой конструкции станции).

Техническим результатом заявленного изобретения является исключение воздействия в виде толчков, ударов, колебаний и, как следствие, нагружений на конструкцию КА при тренировках космонавтов на тренажере с "бегущей" дорожкой на борту КА и уменьшение массы системы демпфирования (СД) тренажера.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном бортовом тренажере с "бегущей" дорожкой, содержащем раму в отсеке космического аппарата, на которой смонтирована "бегущая" дорожка с приводом, пульт управления, упругие элементы с ремнями для космонавта и система демпфирования, согласно изобретению рама подвешена на гибких фалах, система демпфирования выполнена в виде блоков воздушно-реактивных микродвигателей, сообщенных с баллонами с воздухом через редуктор, баллоны с воздухом снабжены воздушным компрессором, при этом сопла воздушно-реактивных микродвигателей расположены в каждом углу рамы и их оси направлены соответственно вдоль осей координат космического аппарата, гибкие фалы, на которых подвешена рама, снабжены датчиками измерения пространственного положения, которые соединены с помощью электрического кабеля с блоком определения пространственного положения, электрически связанным с блоком управления воздушно-реактивными микродвигателями, выдающим команды на включение и выключение блоков воздушно-реактивных микродвигателей.

Сам тренажер с системой демпфирования во время работы не имеет непосредственного контакта с элементами конструкции КА и связан со станцией только с помощью гибких фалов.

На чертеже приведена схема бортового тренажера с "бегущей" дорожкой и системой демпфирования, где:

1 - рама;

2 - "бегущая" дорожка с приводом;

3 - упругие элементы;

4 - ремни для космонавта;

5 - пульт управления;

6 - блоки воздушно-реактивных микродвигателей;

7 - баллоны с воздухом;

8 - воздушный компрессор;

9 - редуктор;

10 - гибкие фалы;

11 - датчики измерения пространственного положения;

12 - электрический кабель;

13 - блок определения пространственного положения;

14 - блок управления ВРМД.

На чертеже изображен бортовой тренажер, выполненный в виде рамы 1, на которой смонтирована "бегущая" дорожка с приводом 2. На раме 1 с помощью упругих элементов 3 закреплены ремни для космонавтов 4. На раме 1 установлен пульт управления 5, блоки воздушно-реактивных микродвигателей (ВРМД) 6, баллоны с воздухом 7, снабженные воздушным компрессором 8, при этом баллоны с воздухом 7 сообщены с редуктором 9, который в свою очередь сообщен с соплами ВРМД 6. Рама 1 подвешена на гибких фалах 10, на которых установлены датчики измерения пространственного положения 11, связанные с помощью электрического кабеля 12 с блоком определения пространственного положения 13. На раме 1 установлен блок управления ВРМД 14.

Бортовой тренажер с "бегущей" дорожкой и СД приводится в рабочее положение (вывешивается с помощью гибких фалов 10 в свободном пространстве), космонавт пристегивает ремни 4, к которым присоединены упругие элементы 3, закрепленные на раме 1, включает тренажер с пульта управления 5 и начинает упражнения (ходьбу, бег, прыжки). Так как тренажер не закреплен на конструкции КА жестко, то под действием толчков и ударов он начинает изменять свое положение в пространстве относительно корпуса КА. Любое отклонение от заданного положения в пространстве отсека КА фиксируется датчиками измерения пространственного положения 11, сигнал с которого поступает по электрическому кабелю 12 в блок определения пространственного положения 13. Затем информация о положении тренажера в пространстве поступает в блок управления ВРМД 14, который согласно заложенному в нем алгоритму передает управляющие сигналы на открытие (закрытие) электропневмоклапанов сопел ВРМД. Клапаны в свою очередь осуществляют открытие (закрытие) доступа в сопла ВРМД воздуха, находящегося под давлением в баллонах 7. После чего отклонение тренажера демпфируется работой блоков ВРМД 6. Струи от ВРМД рассеиваются в гермообьеме КА, не оказывая существенного воздействия на конструкцию.

Так как величина давления подачи воздуха в блоки ВРМД 6 должна быть постоянной, то воздух из баллонов 7 поступает по трубопроводам через редуктор 9, который обеспечивает необходимое давление подачи воздуха. По мере работы СД количество воздуха в баллонах 7 уменьшается и давление падает, что фиксируется датчиками давления (на фигуре не показаны), находящимися в баллонах с воздухом, которые передают управляющие сигналы на включение (выключение) воздушного компрессора 8, который в свою очередь осуществляет подкачку воздуха извне.

Бортовой тренажер с "бегущей" дорожкой и СД отличается от прототипа тем, что в качестве системы демпфирования используется система реактивного демпфирования, включающая в себя воздушный компрессор, редуктор, баллоны с воздухом, блоки ВРМД с блоком управления, трубопроводы с клапанами, блок определения пространственного положения с датчиками измерения пространственного положения, гибкие фалы.

Применение данной системы позволит исключить силовые воздействия на конструкцию КА, так как сам тренажер с СД во время работы не имеет непосредственного контакта с элементами конструкции КА и связан со станцией только с помощью гибких фалов и электрического кабеля. В тренажере прототипа в качестве СД применяется массивная плита-основание с амортизационными элементами, т.е. данная конструкция системы демпфирования значительно тяжелее, чем в предлагаемом изобретении. Амортизационные элементы в тренажере прототипа установлены на корпус КА «жестко», это приводит к тому, что силовые воздействия, возникающие при тренировке космонавтов, передаются непосредственно на конструкцию КА.

Дополнительные возможности предлагаемого тренажера появляются при переходе на ручное управление положением "бегущей" дорожки, отключив блок управления ВРМД и датчики измерения положения в пространстве. В этом случае космонавт, выполняя физические упражнения, одновременно управляет положением тренажера с "бегущей" дорожкой в пространстве, таким образом, тренируя вестибулярный аппарат.

Изобретение предназначено для выполнения в космическом аппарате и позволяет исключить силовые воздействия, возникающие при тренировке космонавтов, на конструкцию космического аппарата и уменьшить массу тренажера. "Бегущая" дорожка с приводом смонтирована на раме, подвешенной на гибких фалах в отсеке космического аппарата. На раме закреплены пульт управления, упругие элементы с ремнями для космонавта, система демпфирования, в которую входят блоки воздушно-реактивных микродвигателей, сообщенные с баллонами с воздухом через редуктор. Баллоны с воздухом снабжены воздушным компрессором. Сопла двигателей расположены в каждом углу рамы и их оси направлены соответственно вдоль осей координат космического аппарата. Гибкие фалы снабжены датчиками измерения пространственного положения и электрически соединены с блоком управления, выдающим команды на включение и выключение блоков воздушно-реактивных микродвигателей. 1 ил.

Бортовой тренажер с "бегущей" дорожкой, содержащий раму в отсеке космического аппарата, на которой смонтирована "бегущая" дорожка с приводом, пульт управления, упругие элементы с ремнями для космонавта и система демпфирования, отличающийся тем, что рама подвешена на гибких фалах, система демпфирования выполнена в виде блоков воздушно-реактивных микродвигателей, сообщенных с баллонами с воздухом через редуктор, баллоны с воздухом снабжены воздушным компрессором, при этом сопла воздушно-реактивных микродвигателей расположены в каждом углу рамы и их оси направлены соответственно вдоль осей координат космического аппарата, гибкие фалы, на которых подвешена рама, снабжены датчиками измерения пространственного положения, которые соединены с помощью электрического кабеля с блоком определения пространственного положения, электрически связанным с блоком управления воздушно-реактивными микродвигателями, выдающим команды на включение и выключение блоков воздушно-реактивных микродвигателей.