穩(wěn)態(tài)加速度模擬試驗(yàn)設(shè)備：離心機(jī)設(shè)計(jì)（7）

賈普照

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）

第4章 歐美其他國(guó)家離心機(jī)（續(xù)2）

4.4 美國(guó)離心機(jī)

美國(guó)是航空航天大國(guó)，當(dāng)然也是包括載人離心機(jī)在內(nèi)的航空航天離心機(jī)大國(guó)，研究這些離心機(jī)是觀察美國(guó)的側(cè)重點(diǎn)，可惜缺少細(xì)節(jié)資料。

在土力學(xué)領(lǐng)域，雖然早在20世紀(jì)30年代，美、蘇科學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)率先認(rèn)識(shí)離心模擬方法，但實(shí)踐中美國(guó)比較重視數(shù)值分析，只是在20世紀(jì)后期才又逐漸拾起離心模擬方法。因此，在土工離心機(jī)方面的發(fā)展美國(guó)遠(yuǎn)不如歐洲和日本蓬勃，而且也不像蘇聯(lián)和英國(guó)那樣靠自己因陋就簡(jiǎn)起步，他們的土工離心機(jī)基本上都是委托專業(yè)單位進(jìn)行研制，起點(diǎn)較高，但總體水平還是沒(méi)有達(dá)到歐洲的高度。下面介紹幾個(gè)典型的離心機(jī)。

4.4.1 美國(guó)國(guó)家土工離心機(jī)

1987年8月美國(guó)加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校（University of California, Davis, USA）從NASA接收了一臺(tái)半徑9.14 m（主軸中心至平臺(tái)的距離）的大型航空航天物體離心機(jī)。這臺(tái)離心機(jī)最先于1984在阿姆斯研究中心（Ames Research Center）首次運(yùn)轉(zhuǎn)，屬于1978年與戴維斯分校雙方協(xié)作研制的，1987年才決定搬遷至戴維斯分校。

將航空航天物體離心機(jī)轉(zhuǎn)化為土工離心機(jī)，雖然只是這臺(tái)離心機(jī)的轉(zhuǎn)變，但一葉知秋，它也具體折射出整個(gè)離心機(jī)世界的興衰與變遷動(dòng)向，需求決定著命運(yùn)。

限于經(jīng)費(fèi)原因，計(jì)劃分階段逐漸將其改造為國(guó)家土工離心機(jī)：

第一步，打基礎(chǔ)、筑墻基先將離心機(jī)安置在露天，安裝一臺(tái)1 000馬力（相當(dāng)于745.7 kW）的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到25 g；

第二步，修圍墻、蓋屋頂，借助封閉空間的氣團(tuán)旋轉(zhuǎn)，使機(jī)器轉(zhuǎn)到100 g；

第三步，增添一臺(tái)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到170 g；

第四步，改造供電電網(wǎng)、再增添電動(dòng)機(jī)，使離心機(jī)最后達(dá)到300 g。

可見(jiàn)，堂堂美國(guó)、鼎鼎名校也有著一段艱苦創(chuàng)業(yè)的歷史[9]。

該離心機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)為：負(fù)載平臺(tái)的長(zhǎng)×寬為1.82 m×2.13 m，面積達(dá)3.88 m2，模型高度可達(dá)1.52 m，結(jié)構(gòu)允許安裝3 640 kg的有效載荷轉(zhuǎn)至300 g。

圖4-47表示1987年離心機(jī)被安置在露天鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，以低速度徐徐轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的情況，圖中可見(jiàn)吊籃已經(jīng)被甩起的過(guò)程，表示第一階段目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，可以在這種環(huán)境下因陋就簡(jiǎn)地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)工作了。

1989年建起了圍護(hù)墻（見(jiàn)圖4-48），機(jī)器最高轉(zhuǎn)到53 g，準(zhǔn)備通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和某些氣動(dòng)方面的改進(jìn)措施，爭(zhēng)取達(dá)到100 g[10]。在改造之前，他們已經(jīng)在低加速度條件下積極開(kāi)展了各種大尺寸模型——小模型率的實(shí)驗(yàn)工作，以便將原型縮小為比高g值模擬時(shí)采用的模型大一些的縮模，而以低g值來(lái)模擬之。

圖4-47 Davis離心機(jī)第一階段在露天地坑中轉(zhuǎn)起來(lái)Fig. 4-47 The Davis centrifuge first stage operating in the outdoor pit

圖4-48 Davis離心機(jī)第二階段有了實(shí)驗(yàn)室Fig. 4-48 The Davis centrifuge second stage had a laboratory

1994年報(bào)告了加裝大型振動(dòng)臺(tái)的信息，即利用離心機(jī)低加速度運(yùn)行狀態(tài)，改變?cè)?jì)劃，增添振動(dòng)臺(tái)直接進(jìn)入復(fù)合環(huán)境模擬階段[11]（見(jiàn)圖4-49和圖 4-50）。這倒是一個(gè)非常聰明的改變[12,13]，因?yàn)樵诩铀俣纫粫r(shí)難以上去的階段，加上一臺(tái)遲早要添加的振動(dòng)臺(tái)，比提高加速度容易多了，而且離心機(jī)馬上就變得十分有用?？梢?jiàn)，目前它還只是加速度100 g以下的一臺(tái)大尺寸復(fù)合環(huán)境離心機(jī)。

圖4-49 Davis離心機(jī)復(fù)合振動(dòng)臺(tái)狀態(tài)之一Fig. 4-49 Davis centrifuge complex state of the shaking tableⅠ

圖4-50 Davis離心機(jī)復(fù)合振動(dòng)臺(tái)狀態(tài)之二Fig. 4-50 Davis centrifuge complex state of the shaking table II

Davis離心機(jī)基本技術(shù)參數(shù)為：

? 主軸中心線至吊籃底板9.1 m；

? 最大有效載荷 4 500 kg；

? 吊籃有效面積 4.0 m2；

? 最高運(yùn)轉(zhuǎn)速度90 r/min（相當(dāng)于75 g）。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

? SCR 直流供電系統(tǒng)；

? GE 752 1000 HP DC 電動(dòng)機(jī)；

? Falk 齒輪箱。

旋轉(zhuǎn)接頭

? 兩對(duì)壓縮空氣；

? 兩對(duì)油壓；

? 一對(duì)水；

? 一對(duì)1 000 psi（相當(dāng)于6.895 MPa）壓縮氮?dú)猓?/p>

? 備用兩對(duì)。

匯電環(huán)

? 信號(hào)環(huán)40；

? 視頻環(huán)40（20路）；

? 電源環(huán)20（10路）；

? 2路光纖視覺(jué)梯度。

監(jiān)控離心機(jī)和振動(dòng)臺(tái)的數(shù)采C-DAQ (centrifuge data acquisition system)及子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

PC - NGC-Main：

? PCI-6071e —振動(dòng)臺(tái)控制器采集數(shù)據(jù)發(fā)送命令的多功能卡；

? PCI-6527 —控制開(kāi)關(guān)與監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)字界面。

PC – NGC-Rotunda：

? PCI-6071e —離心機(jī)速度控制器采集數(shù)據(jù)發(fā)送命令的多功能卡。

2042-RTD —RTD溫度傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)：

? DIO-24 —控制開(kāi)關(guān)與監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)字界面。

ER-16 —繼電器開(kāi)關(guān)。

離心機(jī)、振動(dòng)臺(tái)控制分系統(tǒng)傳感器及信號(hào)調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)

? 溫度；

? 振動(dòng)；

? 應(yīng)變/位移；

? 振動(dòng)臺(tái)界面；

? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制；

? 閥。

警告與限制

避免停留于引發(fā)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)響應(yīng)頻率的下述轉(zhuǎn)速：

32.2 r/min（31.2～33.3 r/min）（約 9～11 g）；

64.3 r/min（62.3～66.3 r/min）（約 37～42 g）；

72.0 r/min（69.8～74.2 r/min）（約 47～53 g）。

附加的振動(dòng)臺(tái)性能如表4-7所示。

表4-7 大型振動(dòng)臺(tái)性能規(guī)格Table 4 -7 Large-scale shaking table performance specifications

圖4-51表示Davis離心機(jī)及其實(shí)驗(yàn)室相關(guān)尺寸和構(gòu)造的關(guān)系，圖中標(biāo)識(shí)為M的是一臺(tái)750 kW的型號(hào)為GE 752直流電動(dòng)機(jī)，通過(guò)減速比為2.76:1的減速器G傳遞動(dòng)力到減速比為3.62:1的轉(zhuǎn)臺(tái)T；再利用轉(zhuǎn)臺(tái)垂直軸Sp上的花鍵軸，通過(guò)剪切銷聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)離心機(jī)轉(zhuǎn)子，此安全聯(lián)軸節(jié)提供了離心機(jī)的過(guò)載保護(hù)。直流電動(dòng)機(jī)由50 m開(kāi)外的可控硅整流器（SCR）通過(guò)地溝U供電，齒輪箱冷卻水管也從這里穿過(guò)來(lái)。

圖4-51 Davis離心機(jī)及其實(shí)驗(yàn)室尺寸和構(gòu)造示意圖Fig. 4-51 Davis centrifuge and its laboratory size and structure diagram

離心機(jī)主機(jī)室天花板中央留有4.3 m見(jiàn)方的開(kāi)口，安裝1 000路匯電環(huán)組件，其頂部覆蓋木制雨棚；雨棚延伸至整個(gè)屋頂，在屋頂適當(dāng)位置留有窗口W安裝閃頻照相機(jī)用于觀察模型；而雨棚壁總計(jì)有19 m2的百葉窗L，外墻周頂均布12個(gè)0.3m ×2.4 m通風(fēng)口V，作為主機(jī)室冷卻空氣的風(fēng)口。

為了測(cè)量室內(nèi)的風(fēng)速，沿水平撐角 R不同位置安置了皮托管（空速管）。

圖4-52是Davis離心機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分解圖，直接連接著吊籃和配重的主承力件為4根15.2 m長(zhǎng)、橫截面為0.076 m×0.76 m的高強(qiáng)度鋼帶，用銷子把吊籃和鋼帶同一個(gè)中央焊接件連接起來(lái)；為防止橫向加速度造成鋼帶側(cè)彎，焊接件每邊都用11根拉桿將其拉住，鋼帶與拉桿之間墊以鋼墊圈，提供平滑的滑動(dòng)表面。圖4-53為吊籃的結(jié)構(gòu)圖。

圖4-52 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分解圖Fig. 4-52 Rotor structure exploded view

圖4-53 吊籃結(jié)構(gòu)圖Fig. 4-53 Basket structure drawing

轉(zhuǎn)臂、主軸、軸承等驅(qū)動(dòng)和支撐零件處都布置了各種測(cè)量裝置，諸如應(yīng)變片、溫度計(jì)、振動(dòng)傳感器等等，以便在運(yùn)轉(zhuǎn)中對(duì)轉(zhuǎn)臂、吊籃、主軸、轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、振動(dòng)監(jiān)測(cè)。離心機(jī)監(jiān)測(cè)和速度控制，集中于計(jì)算機(jī)數(shù)采和控制系統(tǒng)中，32個(gè)傳感器分為機(jī)上和機(jī)外兩部分，所有信號(hào)都調(diào)制到40 m外的控制室的數(shù)采系統(tǒng)：16個(gè)機(jī)上通道可以監(jiān)測(cè)承力鋼帶的拉伸與彎曲，中央焊接件的彎曲與不平衡拉伸，吊籃側(cè)板拉伸與彎曲，承力鋼帶相對(duì)于中央焊接件的偏離值等等；16個(gè)機(jī)外通道監(jiān)測(cè)主軸軸承和驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度，主軸彎曲與剪切載荷，主軸振動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)振動(dòng)，電動(dòng)機(jī)電流、電壓和速度。檢測(cè)控制系統(tǒng)方塊圖如圖4-54所示。

圖4-54 檢測(cè)控制系統(tǒng)方塊圖Fig. 4-54 Detection-control system block diagram

根據(jù)離心機(jī)的大慣量以及速度與氣動(dòng)阻力的關(guān)系，研發(fā)了專用閉環(huán)速度控制裝置，可假設(shè)離心機(jī)運(yùn)動(dòng)方程為

其中：ω為角速度；I為模型、吊籃、配重及轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和，對(duì)于Davis離心機(jī)，I的估算值為 2.4×106kg·m2；R=R(ω)為表征驅(qū)動(dòng)離心機(jī)所需的穩(wěn)態(tài)力矩系數(shù)，在低速狀態(tài)下由于機(jī)械摩擦為主R接近常數(shù)，在高速段時(shí)支配因素為氣動(dòng)阻力，R正比于角速度的平方（或正比于離心機(jī)加速度）；T為驅(qū)動(dòng)力矩，對(duì)直流串繞電動(dòng)機(jī)而言，設(shè)定它等于系數(shù)k與電流i平方的乘積。

運(yùn)動(dòng)方程表現(xiàn)為一階非線性方程，可分段線性化予以簡(jiǎn)化，將其線性化為角速度和電動(dòng)機(jī)電流的函數(shù)，閉環(huán)系統(tǒng)表示在圖4-55中。圖中ωe為預(yù)期速度，ω為實(shí)際速度。閉環(huán)控制器為PI（比例加積分）型，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，將使穩(wěn)態(tài)誤差(ωe– ω)接近于零。由于電動(dòng)機(jī)電流和離心機(jī)的非線性，閉環(huán)控制器參數(shù)根據(jù)實(shí)時(shí)速度和電流分段予以修正。為此，利用軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)中斷服務(wù)不斷調(diào)節(jié)控制器參數(shù)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)性能。

圖4-55 閉環(huán)控制系統(tǒng)Fig. 4-55 Closed-loop control system

Davis離心機(jī)是目前世界上可承載模型尺寸最大的離心機(jī)，但加速度偏低，轉(zhuǎn)子潛能尚未發(fā)揮出來(lái)，加速度值與載荷容量暫時(shí)都不突出，適用于大尺寸模型—小模型率的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。

總體上為對(duì)稱轉(zhuǎn)臂，不對(duì)稱吊籃構(gòu)造，這是又一種轉(zhuǎn)子形態(tài)；其最突出的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是轉(zhuǎn)臂承力件為鋼帶，使得工藝性變得非常好，因?yàn)檗D(zhuǎn)臂側(cè)向剛性較弱，吊籃自身相對(duì)就需要強(qiáng)壯一些；另外機(jī)器沒(méi)有整流，適當(dāng)整流也是提高加速度的一個(gè)途徑。離心機(jī)總的特點(diǎn)為：

? 對(duì)稱轉(zhuǎn)臂，不對(duì)稱吊籃；

? 固定式配重；

? 配重端與轉(zhuǎn)臂同高；

? 主承力件為鋼帶；

? 下支撐；? 下傳動(dòng)；? 非整流轉(zhuǎn)子；? 配備振動(dòng)臺(tái)。

4.4.2 科羅拉多大學(xué)土工離心機(jī)

1985年科羅拉多大學(xué)民用環(huán)境及建筑工程系委托 Wyle Laboratories設(shè)計(jì)，Alabama Dynamics制造400 gt土工離心機(jī)，1988年全面運(yùn)轉(zhuǎn)[14,15]，后來(lái)又加裝了振動(dòng)臺(tái)。

圖4-56為離心機(jī)結(jié)構(gòu)透視圖，形象地表達(dá)了包括實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的基本情況。轉(zhuǎn)臂與Davis離心機(jī)相仿，由兩部分組成：一個(gè)基礎(chǔ)的盒形結(jié)構(gòu)和兩對(duì)高強(qiáng)度鋼帶。前者構(gòu)成結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，維持整體性；后者承受主拉力。

圖4-56 Colorado離心機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig. 4-56 Colorado centrifuge structure drawing

試驗(yàn)吊籃的結(jié)構(gòu)兩者有一些區(qū)別：Davis吊籃為整側(cè)板；而Colorado吊籃側(cè)板則為板條結(jié)構(gòu)。

離心機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和控制室全部置于地下，主機(jī)室沒(méi)有電動(dòng)機(jī)，也就避免了Davis實(shí)驗(yàn)室那樣，對(duì)暴露電動(dòng)機(jī)進(jìn)行整流的麻煩；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)與控制裝置都在地下，變長(zhǎng)距離控制與傳輸為就近進(jìn)行，都是一個(gè)改善，但代價(jià)就是增加了建筑物難度，控制室工作環(huán)境也不太好。

轉(zhuǎn)臂內(nèi)部附加了一套運(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)平衡裝置，它是一套由載荷傳感器控制的氮?dú)鈮毫︱?qū)動(dòng)的水箱系統(tǒng)。

離心機(jī)總體設(shè)計(jì)上頗具特色：轉(zhuǎn)子刻意不整流，期望盡可能推動(dòng)室內(nèi)氣團(tuán)旋轉(zhuǎn)速度，減小相對(duì)風(fēng)速以降低風(fēng)阻功率，而室內(nèi)熱量則靠墻壁附加的盤繞式冷卻水屏帶走。

離心機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為功率900馬力（671 kW）的直流電動(dòng)機(jī)經(jīng) 6.4:1直角傘齒輪減速器帶動(dòng)主軸，于14 min內(nèi)加速到200 g，中間加了一組4個(gè)氣動(dòng)盤式制動(dòng)器，用于電氣系統(tǒng)發(fā)電反饋制動(dòng)后進(jìn)行完全制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)使用。

離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心至吊籃平臺(tái)的半徑為 18 ft（5.49 m），有效載荷最大尺寸為 4 ft×4 ft×3 ft(1.22 m×1.22 m×0.91 m)，最大質(zhì)量為4 000 lb (1 814 kg)，最高加速度200 g，則最大載荷容量為363 gt。

離心機(jī)配有100個(gè)電滑環(huán)，3路油接頭，后者可用一路大容量水接頭替換。

離心機(jī)模型箱和實(shí)驗(yàn)室配有各種各樣加載及觀察、測(cè)量裝置。

圖4-57為科羅拉多土工離心機(jī)的總體外觀圖。

圖4-57 Colorado離心機(jī)外觀圖Fig. 4-57 Colorado centrifuge outward appearance chart

科羅拉多大學(xué)除了上述大型離心機(jī)外，早在1981年就擁有一臺(tái)Genisco 1230-5型15 gt小型土工離心機(jī)，同樣加裝了振動(dòng)臺(tái)，許多實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)多來(lái)自這臺(tái)機(jī)器。

科羅拉多大學(xué)離心機(jī)與Davis離心機(jī)除了吊籃有些區(qū)別以外其余基本相同，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：

? 基本對(duì)稱的轉(zhuǎn)臂；

? 主承力件為鋼帶；

? 不對(duì)稱吊籃；

? 板條式吊籃側(cè)板；

? 配重端與轉(zhuǎn)臂同高；

? 固定式配重；

? 運(yùn)轉(zhuǎn)平衡系統(tǒng)；

? 刻意不整流轉(zhuǎn)子；

? 實(shí)驗(yàn)室墻壁配以水冷系統(tǒng)；

? 下傳動(dòng)。

4.4.3 SANDIA國(guó)家實(shí)驗(yàn)室航空航天離心機(jī)

美國(guó)Sandia National Laboratory位于新墨西哥州的Albuquerque，該實(shí)驗(yàn)室除了火箭車—滑軌之外還有兩臺(tái)特殊的離心機(jī)，那就是罕見(jiàn)的武器試驗(yàn)用物體離心機(jī)，一臺(tái)位于室內(nèi)，一臺(tái)在露天。圖4-58為室內(nèi)離心機(jī)的照片，離心機(jī)的規(guī)格如下[16]。

半徑：29 ft（8.84 m）；

載荷容量：1.6×106g·lb（725.6 gt）；

最大有效載荷：16 000 lb（7 257.6 kg）；

加速度：到100 g（輕載荷時(shí)最大300 g）；

最高轉(zhuǎn)速：175 r/min。

圖4-58 Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的室內(nèi)離心機(jī)Fig. 4-58 Sandia National Laboratory indoor centrifuge

典型的試件為：

衛(wèi)星部件；

再入飛行器；

土工模型；

火箭部件；

傳感器；

武器部件。

離心機(jī)放置在直徑 80 ft（24.38 m）、高 12 ft（3.66 m）的潔凈可調(diào)溫的地下室內(nèi)。離心機(jī)已經(jīng)在100 g狀態(tài)下復(fù)合了15 grms由50 Hz到2 000 Hz的振動(dòng)臺(tái)，有效載荷為400 lb（181.4 kg）；進(jìn)一步的發(fā)展是研制對(duì)50 lb（45.4 kg）有效載荷進(jìn)行可控加速度、振動(dòng)和雙軸自旋的聯(lián)合試驗(yàn)。

圖4-59為室外離心機(jī)的照片，離心機(jī)的規(guī)格如下。

半徑：35 ft（10.67 m）；

載荷容量：450 000 g·lb（204.08 gt）；

最大有效載荷：10 000 lb（4 535 kg）；

加速度：到45 g；載荷1 700 lb（771 kg）時(shí)，加速度達(dá)270 g；最高轉(zhuǎn)速：150 r/min。

圖4-59 Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室室外離心機(jī)Fig. 4-59 Sandia National Laboratory outdoor centrifuge

典型的試件為：

爆炸荷載；

特大型物件；

沖擊試驗(yàn)釋放物件；

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)。

如此高的加速度，看來(lái)進(jìn)行土工模型試驗(yàn)也是可以的。

從標(biāo)識(shí)上看出是 Rucker公司產(chǎn)品，與圖 2-3康維爾離心機(jī)相似，具有典型的美國(guó)航空航天物體離心機(jī)的特征：

? 全整流等長(zhǎng)臂不對(duì)稱吊籃；

? 下支撐下傳動(dòng)。

4.4.4 NASA加速度模擬試驗(yàn)設(shè)備

美國(guó)國(guó)家航空航天局 NASA是世界上最大的航空航天機(jī)構(gòu)，承擔(dān)國(guó)防部所有民用火箭及太空計(jì)劃，進(jìn)行航空技術(shù)、空間科學(xué)、生命科學(xué)的研究工作，從20世紀(jì)50年代末開(kāi)始，逐漸建立起各種模擬試驗(yàn)設(shè)備，例如位于艾姆斯的生命科學(xué)分部重力生物研究中心的 CGBR[17]（Center for Gravitational Biology Research）就有一批所謂國(guó)家重力生物實(shí)驗(yàn)設(shè)備，主要由一系列的離心機(jī)組成：小到直徑1 ft（0.304 8 m）細(xì)胞用離心機(jī)，大到人可生活的超大型離心機(jī)，還有直線橇及多軸離心機(jī)等設(shè)備。

NASA的設(shè)備主要用于小加速度值、長(zhǎng)期運(yùn)行的人造重力生理與心理試驗(yàn)項(xiàng)目，有別于其他載人離心機(jī)，它們種類較多，形態(tài)奇特，以下列舉幾種以窺一斑。

圖4-60為20 g離心機(jī)，可用于人、細(xì)胞、嚙齒動(dòng)物、植物和硬件設(shè)備，座艙（圖4-61）具有適合人類生活的環(huán)境，其基本技術(shù)參數(shù)如下。

半徑：29 ft（8.84 m）；

有效載荷：1 200 lb（544.3 kg）；

加速度：人用到12.5 g，最大達(dá)到20 g；

最高轉(zhuǎn)速：50 r/min；除持續(xù)穩(wěn)態(tài)加速度外還可進(jìn)行快速加速度模擬，其變化率不詳。

圖4-60 NASA 20 g離心機(jī)Fig. 4-60 NASA 20 g centrifuge

圖4-61 NASA 20 g離心機(jī)座艙Fig. 4-61 NASA 20 g centrifuge cabin

圖4-62是一臺(tái)人力離心機(jī)，稱為 Human Powered Centrifuge (HPC)，轉(zhuǎn)臂上可頭朝里仰臥1～2人，靠人力踏動(dòng)，用來(lái)進(jìn)行生理、心理和功能測(cè)試，轉(zhuǎn)臂半徑6.25 ft（1.9 m），腳部最高加速度可達(dá)5 g，該離心機(jī)也可由外人踏動(dòng)，用于試驗(yàn)正向加速度。

圖4-62 NASA人力離心機(jī)Fig. 4-62 NASA manpower centrifuge

圖4-63為30ft直線滑橇，用來(lái)進(jìn)行前庭和眼球反應(yīng)研究。載人滑架置于光滑的花崗巖臺(tái)面上，二者利用低壓空氣作為支撐即空氣墊支撐；驅(qū)動(dòng)采用一系列彈性纜繩，運(yùn)動(dòng)完全靜寂無(wú)聲；滑架上安裝著座椅，座椅用伺服電機(jī)改變其偏航角；滑臺(tái)的釋放與捕獲均靠計(jì)算機(jī)控制，可進(jìn)行正弦或梯形運(yùn)動(dòng)。其基本技術(shù)參數(shù)如下。

滑臺(tái)位移：23 ft（7.01m）。

梯形運(yùn)動(dòng)

加速度：至1 g；

穩(wěn)態(tài)速度：51 in/s（1.3 m/s）。

正弦運(yùn)動(dòng)

加速度：0.008～0.5 g；

頻率：0.2～0.6 Hz。

圖4-63 NASA 30英尺直線滑橇Fig. 4-63 NASA 30 foot straight line sled

圖4-64為NASA的52 ft直徑離心機(jī)，供人、嚙齒動(dòng)物、小靈長(zhǎng)類動(dòng)物、植物進(jìn)行持續(xù)加速度試驗(yàn)。離心機(jī)提供兩套房間：一套配置專供動(dòng)物使用；另一套人用。每一套均有17.7 m2面積，其中又分為4個(gè)小間，放置折疊床、收放桌、電腦、電視、儲(chǔ)物柜等。房間一端設(shè)有衛(wèi)生間，中央為公共面積，置方桌供吃飯、娛樂(lè)、交流使用。其基本技術(shù)參數(shù)如下。

半徑：15～20 ft（4.57～6.1m）；

有效載荷：5 000 lb（2 268 kg）；

最大加速度：2 g；

最大轉(zhuǎn)速：21 r/min；

座艙：190 ft2（17.7 m2）。

圖4-64 NASA 52 ft英尺直徑離心機(jī)Fig. 4-64 NASA 52 foot diameter centrifuge

圖4-65為NASA的直徑24 ft離心機(jī)，該離心機(jī)有10根轉(zhuǎn)臂，每一轉(zhuǎn)臂懸掛兩個(gè)吊籃，吊籃尺寸為 2.2 ft×3.2 ft×1.8 ft（0.67 m×0.98 m×0.55 m），每一吊籃有16個(gè)安裝位置，這樣，同一臺(tái)離心機(jī)的每一次運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程，就可以有不同的加速度水平，而吊籃都要進(jìn)行平衡且安裝在叉頭形狀的常平架上，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中自由擺動(dòng)，得以按合成加速度方向定位，主要用于小動(dòng)物、植物和硬件試驗(yàn)?；炯夹g(shù)性能如下：

半徑：12 ft（3.66 m）；

最大有效載荷：100 lb（45.4 kg）/每一吊籃；

最大加速度：3 g；

圖4-65 NASA 24英尺直徑離心機(jī)Fig. 4-65 NASA 24 foot diameter centrifuge

最大轉(zhuǎn)速：30.5 r/min。圖4-66為NASA多軸離心機(jī)，用于檢驗(yàn)身體按一定頻率轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致眼睛運(yùn)動(dòng)對(duì)前庭反射的表現(xiàn)，來(lái)試驗(yàn)小動(dòng)物對(duì)角度或直線加速度與角加速度組合的生理反應(yīng)。多軸離心機(jī)主體兩端固定著對(duì)稱的兩個(gè)叉頭部件，叉頭各配置一個(gè)試驗(yàn)容器STC （Specimen Test Container），內(nèi)部配備有試驗(yàn)所需的不同裝置。

離心機(jī)共有4根運(yùn)動(dòng)軸：主自旋軸；外部高性能自旋軸；內(nèi)部高性能自旋軸；內(nèi)部定位軸。

離心機(jī)主體圍繞主自旋軸旋轉(zhuǎn)，帶著STC的內(nèi)常平架與外常平架聯(lián)接體，并繞外高性能軸旋轉(zhuǎn)。STC繞內(nèi)高性能軸轉(zhuǎn)動(dòng)； STC還可繞定位軸轉(zhuǎn)動(dòng)并在運(yùn)轉(zhuǎn)中鎖定方位。離心機(jī)可以同時(shí)組合兩個(gè)運(yùn)動(dòng)：主自旋運(yùn)動(dòng)與其他一根自旋軸的運(yùn)動(dòng)；也可沒(méi)有主自旋運(yùn)動(dòng)，僅僅是繞內(nèi)、外高性能自旋軸運(yùn)動(dòng)。

多軸離心機(jī)基本技術(shù)性能如下：

主自旋軸速度：240° /s；

主自旋軸加速度：15° /s2；

高性能軸速度：±500° /s；

高性能軸加速度：±500° /s2；

定位軸速度：55° /s；

定位軸位置界限：±180o。

半徑

STC中心：2.62 ft（0.8 m）；

STC地面：3.44 ft（1.05 m）。

最大載荷：54 lb（24.5 kg）。

最大加速度

STC中心：1.75 g；

STC地面：2.13 g。

STC體積：2.8 ft3（0.08 m3）。

圖4-66 NASA 多軸離心機(jī)Fig. 4-66 NASA multiple spindle centrifuge

NASA重力生物研究中心的各種各樣加速度試驗(yàn)設(shè)備，讓我們接觸到一些另類離心機(jī)和其他一些試驗(yàn)裝置，足以使我們擴(kuò)展了視野。

4.4.5 HEPG空軍研究實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)

據(jù)稱自1935年就開(kāi)始應(yīng)用離心機(jī)進(jìn)行科學(xué)研究長(zhǎng)達(dá) 70余年的美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室 HEPG（Human Effectiveness Protectorate-G)，位于美國(guó)俄亥俄州代頓的賴特帕特森空軍基地（Wright-Patterson Air Force Base in Dayton, Ohio）。

1967年（有資料稱為1969年，取其早者）他們就開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)了一臺(tái)三軸載人離心機(jī)，被稱之為動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬器（Dynamic Environment Simulator，簡(jiǎn)稱DES），終于在2007年2月運(yùn)行40年以后退役。盡管該離心機(jī)已經(jīng)退役，但是它完成如此之長(zhǎng)的歷史使命值得尊敬，而且其構(gòu)造也還是非常值得回顧的.其結(jié)構(gòu)和外形分別如圖4-67和圖4-68所示[18,19]。

圖4-67 HEPG 動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬器結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 4-67 HEPG dynamic environment simulator structure schematic drawing

圖4-68 HEPG 動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬器外形圖Fig. 4-68 HEPG dynamic environment simulator outline drawing

在每一套匯電環(huán)尾部還附加一套液壓旋轉(zhuǎn)接頭；座艙軸也有一套匯電環(huán)部件，很可能沒(méi)有液壓接頭。

DES主要技術(shù)指標(biāo)，不同資料出入頗大，取其高者列于如下。

半徑：6 m；

最高加速度：20 g；

加速度增長(zhǎng)率：＜1 g/s；

有效載荷：1 364 kg。

除有效載荷大以外，其他指標(biāo)與現(xiàn)代載人離心機(jī)不能相比，但其使用之久，說(shuō)明仍有其存在價(jià)值，就看如何利用了。

該離心機(jī)被稱之為主臂的部分短而粗，幾乎與轉(zhuǎn)臺(tái)尺寸相當(dāng)，不像是一條臂；倒是叉頭部件更像是轉(zhuǎn)臂，它伸出去構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)半徑的主要幾何尺寸。如果根據(jù)“構(gòu)成離心機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)——設(shè)計(jì)半徑的重要構(gòu)件”的定義來(lái)衡量，說(shuō)它是轉(zhuǎn)臂也無(wú)不可，不過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)臂特別之處是可以繞自己的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，一般叉頭在離心機(jī)里都是固定不動(dòng)的部件，因此，無(wú)論叉頭還是轉(zhuǎn)臂能夠自轉(zhuǎn)皆為其一大特點(diǎn)。

從圖 4-69可見(jiàn)，叉頭轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成了受試者眼水平的俯仰運(yùn)動(dòng)，座艙構(gòu)成滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，座椅構(gòu)成偏航運(yùn)動(dòng)。

該離心機(jī)的轉(zhuǎn)子靠全靜壓軸承系統(tǒng)支撐，我們1986年開(kāi)始研制的特大型人—物兩用離心機(jī)也是全靜壓軸承系統(tǒng)，是因循自己大型物體離心機(jī)的靜壓導(dǎo)軌發(fā)展而來(lái)，可見(jiàn)，20世紀(jì)60～70年代靜壓技術(shù)比較時(shí)髦，至少大型軸承當(dāng)時(shí)還不成熟，包括我們的座艙常平架內(nèi)外環(huán)間，不得不采用自制鋼絲軌道軸承也是一例。這臺(tái)離心機(jī)叉頭所用軸承應(yīng)該也是大型軸承，何種支撐形式具體情況不詳；此外，叉頭驅(qū)動(dòng)是大電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)-齒輪副傳動(dòng)也不詳。

總之，叉頭自轉(zhuǎn)獨(dú)出心裁，值得關(guān)注。

圖4-69 HEPG DES參考坐標(biāo)系及其定向圖Fig. 4-69 HEPG DES reference coordinate system and orientation chart

該離心機(jī)結(jié)構(gòu)龐大，轉(zhuǎn)臂半徑6 m而座艙直徑就達(dá)3 m，整個(gè)轉(zhuǎn)子呈短粗狀，形狀怪異，加上中央主臂和轉(zhuǎn)臺(tái)，總質(zhì)量高達(dá)163 t。

離心機(jī)的配平關(guān)系不清楚，難道就因?yàn)檗D(zhuǎn)速不高全靠粗壯的主軸和全靜壓軸承承擔(dān)嗎？總之，這也是一臺(tái)另類的低加速度離心機(jī)。

4.4.6 美國(guó)商品離心機(jī)

由于美國(guó)研究單位很少去自行研制離心機(jī)，基本都是委托研制或采購(gòu)商品離心機(jī)，因此離心機(jī)制造商出現(xiàn)得早，數(shù)量也多，以下介紹兩家。

4.4.6.1 Wyle Laboratories 離心機(jī)

維勒實(shí)驗(yàn)室（Wyle Laboratories）是美國(guó)著名實(shí)驗(yàn)設(shè)備制造商[20]，擅長(zhǎng)于航空航天生命科學(xué)研究訓(xùn)練設(shè)備的研制，長(zhǎng)期執(zhí)行美國(guó)國(guó)防部、NASA、美國(guó)海軍等軍事部門的各種研發(fā)計(jì)劃，也參與其他民用商業(yè)活動(dòng)，早在1960年因支持水星空間計(jì)劃的加速度研究和訓(xùn)練任務(wù)，成為航空醫(yī)學(xué)技術(shù)的先驅(qū)，首臺(tái)離心機(jī)具有穩(wěn)態(tài)加速度 20 g并配備振動(dòng)和聲環(huán)境；上世紀(jì)90年代中期，購(gòu)入愛(ài)姆榮工程公司（Emro Engineering Company）陸基訓(xùn)練模擬器和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)模擬器生產(chǎn)線的同時(shí)也獲得了一批從事35年運(yùn)動(dòng)模擬和空間模擬設(shè)備的工程師，從而進(jìn)一步擴(kuò)大了業(yè)務(wù)范圍。

維勒實(shí)驗(yàn)室可以完成包括設(shè)備實(shí)驗(yàn)室及其附屬設(shè)施在內(nèi)的交鑰匙工程，主要產(chǎn)品是離心機(jī)、運(yùn)動(dòng)模擬器、空間定向訓(xùn)練器、轉(zhuǎn)臺(tái)及低壓艙等。而航空航天人用離心機(jī)以及依托離心機(jī)為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)飛行模擬器，包括單軸、雙軸以至三軸常平架系統(tǒng)。

Wyle離心機(jī)涵括4種類型：物體離心機(jī)，綜合環(huán)境離心機(jī)，土工離心機(jī)，人用離心機(jī)。

(1)Wyle物體離心機(jī)

Wyle物體離心機(jī)可以根據(jù)用戶對(duì)不同半徑、不同載荷以及各種加速度組合的要求，照單個(gè)體研發(fā)，可參照標(biāo)準(zhǔn)的組合系列，如表4-8所示。

表4-8 Wyle物體離心機(jī)標(biāo)準(zhǔn)組合Table 4 -8 Wyle object centrifuge standard combination

從系列表觀察到，他們的物體離心機(jī)有效載荷并不太大，加速度從低到高都有。

轉(zhuǎn)臂可采用鋼制也可用鋁，吊籃可對(duì)稱也可不對(duì)稱；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓或直流電機(jī)，控制部分可手動(dòng)也可自動(dòng)。總之，隨君屬意，點(diǎn)到即有。

(2)Wyle綜合環(huán)境離心機(jī)

Wyle綜合環(huán)境離心機(jī)用于敏感的電子或機(jī)械零部件進(jìn)行品質(zhì)檢驗(yàn)，可綜合各種自然和誘導(dǎo)環(huán)境，如振動(dòng)、加速度、溫度、氣候和高度，基本結(jié)構(gòu)是在離心機(jī)轉(zhuǎn)臂一端利用絕熱耳軸固定振動(dòng)、氣候/高度艙，而耳軸可將振動(dòng)臺(tái)定向到與離心機(jī)主軸平行或者垂直的不同方向。Wyle典型綜合環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備 CETS （Combined Environment Test System）具有如下性能。

離心機(jī)子系統(tǒng)

最大有效載荷：55 lb（25 kg）；

最大加速度：50 g （試件質(zhì)心處測(cè)量）；

試件最大加速度梯度：±10%；

加速度變化率：

0～10 g 不大于2 min；

10～50 g 不大于5 min；

50～100 g 不大于10 min。

控制臺(tái)： 讀轉(zhuǎn)數(shù)與時(shí)間；轉(zhuǎn)數(shù)讀出： 數(shù)字誤差±1%；

驅(qū)動(dòng)：直接液壓馬達(dá)；

轉(zhuǎn)速控制：液壓伺服±2%；

安全互鎖：超速及液壓系統(tǒng)過(guò)熱。

振動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)

50 g條件下橫向或軸向氣冷振動(dòng)臺(tái)；

最大有效載荷：55 lb（25 kg）；

加速度：有效載荷55 lb（25 kg）時(shí)正弦峰值為20 g；

頻率范圍：10～2 000 Hz；

最大振幅：峰-峰值1.0 in（2.5 cm）；

正弦或隨機(jī)波；

安全互鎖：過(guò)調(diào)和過(guò)熱。

氣候子系統(tǒng)

不銹鋼絕熱氣候室提供高度和溫度環(huán)境，離心機(jī)不動(dòng)時(shí)利用地面調(diào)節(jié)系統(tǒng)維持實(shí)驗(yàn)條件，冷量與熱量通過(guò)流經(jīng)電加熱器和液氮冷卻螺管的熱循環(huán)液體進(jìn)行熱交換。

離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，地面系統(tǒng)斷續(xù)工作，機(jī)上真空泵抽空并維持所需高度環(huán)境。

溫度

范圍：-65～300 oF （-36～167 oC）；

熱載荷：來(lái)自試件，連續(xù)500 W；

加熱速度：連同內(nèi)部500 W載荷，由60～300 oF（33～167 oC），不大于 30 min；

冷卻速度：連同內(nèi)部500 W載荷，由95～-65 oF（+53～-36 oC），不大于 45 min；

安全互鎖：過(guò)溫和欠溫。

高度

范圍：0～70 000 ft（0～21 336 m）；

變化率： 靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)， 0～70 000 ft（0～21 336 m），15 min之內(nèi)；

測(cè)量設(shè)備：高度/時(shí)間控制器及記錄儀；

安全互鎖：當(dāng)過(guò)海拔狀態(tài)時(shí)。

結(jié)構(gòu)

室內(nèi)空間：40 in3（655 cm3）；

不銹鋼內(nèi)表面；

測(cè)量電纜端口。

綜合實(shí)驗(yàn)性能

加速度、振動(dòng)及氣候：15 min；

振動(dòng)和氣候：48 h；

加速度和振動(dòng)：15 min；

加速度和氣候：15 min。

綜合環(huán)境航空航天物體離心機(jī)在我國(guó)還是空白，主要可能還是試驗(yàn)方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方面的原因，為什么美國(guó)要進(jìn)行這樣的試驗(yàn)值得研究。

(3)Wyle土工離心機(jī)

Wyle土工離心機(jī)，如Colorado土工離心機(jī)，此處不加贅述。

(4)Wyle人用離心機(jī)

· Wyle載人離心機(jī)

如圖4-70所示，其技術(shù)性能如下。

半徑：6.1 m；

艙體積：7.2 m3；

有效載荷：680 kg；

加速度：1～30 g；

加速度變化率：0.1～6 g/s；

峰值功率：1.5 MW；

控制形式：程序控制或人控；

閉環(huán)控制：包括F-16飛行模態(tài)；

42 in等離子顯示屏。

美國(guó)空軍HEPG Brooks基地配備此離心機(jī)。

圖4-70 Wyle載人離心機(jī)Fig. 4-70 Wyle manned centrifuge

· Wyle動(dòng)態(tài)飛行模擬器DFS（Dynamic Flight Simulator）

Wyle動(dòng)態(tài)飛行模擬器被加拿大和美國(guó)空軍使用，瑞典航空航天醫(yī)學(xué)訓(xùn)練中心也配備了它，其外形和視窗效果分別如圖4-71和圖4-72所示。

圖4-71 Wyle動(dòng)態(tài)飛行模擬器Fig. 4-71 Wyle dynamic flight simulator

圖4-72 Wyle動(dòng)態(tài)飛行模擬器視窗系統(tǒng)效果Fig. 4-72 Wyle dynamic flight simulator Windows system effect

Wyle動(dòng)態(tài)飛行模擬器的主要技術(shù)性能如下。

半徑：30 ft（9.14 m）；

最大設(shè)計(jì)加速度：15 g；

有效載荷：1 150 lb（521.6 kg）；

啟制動(dòng)變化率：0～15 g/s；

雙常平架座艙：滾轉(zhuǎn)與俯仰；

座椅感知反饋；

抬頭低頭及窗外視覺(jué)系統(tǒng)；

生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)；

提供地基模擬器功能；

離心機(jī)可以開(kāi)環(huán)控制，用于G試驗(yàn)與G鍛煉；或閉環(huán)控制，用于G容差生理學(xué)、空間定向、人/機(jī)界面研究、戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)訓(xùn)練和教學(xué)。

總之，該離心機(jī)具有如下一些特點(diǎn)：

? 離心機(jī)轉(zhuǎn)子由大扭矩直流電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，其質(zhì)量也由電機(jī)直接傳給地基；

? 球形座艙具有全旋能力，可按飛機(jī)座艙進(jìn)行配置；

? 控制系統(tǒng)可模擬飛機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；

? 再現(xiàn)所試飛機(jī)的控制算法，氣動(dòng)力學(xué)和發(fā)動(dòng)機(jī)特性；

? 知覺(jué)算法與 DFS控制系統(tǒng)相結(jié)合，造成一般離心機(jī)所沒(méi)有的逼真感；

? 窗外、抬頭、低頭顯示與 DFS運(yùn)動(dòng)及駕駛員控制輸入相結(jié)合；

? 閉環(huán)模態(tài)下飛行員全指令實(shí)飛；

? 運(yùn)行過(guò)程醫(yī)學(xué)檢測(cè)資料實(shí)時(shí)傳輸；

? 用于高加速度訓(xùn)練的預(yù)編程模態(tài)；

? 用戶可修正的模態(tài)。

瑞典航空航天醫(yī)學(xué)訓(xùn)練中心的圖片見(jiàn)圖 4-73和圖 4-74[21]，它是 2001年配備的。圖 4-75是該DFS安裝前的轉(zhuǎn)子圖片[22]。

圖4-73 瑞典的DFSFig. 4-73 Sweden's DFS

圖4-74 DFS艙內(nèi)Fig. 4-74 In DFS cabin

圖4-75 安裝前的瑞典空軍DFS轉(zhuǎn)臂與座艙Fig. 4-75 Swedish Air Force DFS Arm and Gondola Before Installation

4.4.6.2 ETC載人離心機(jī)

美國(guó)環(huán)境構(gòu)建公司（Environmental Tectonics Corporation，ETC）由其總裁和首席執(zhí)行官William F. Mitchell先生于1969年創(chuàng)立，他原是賓夕法尼亞州費(fèi)城（Philadelphia, Pennsylvania）郊區(qū)一名鄉(xiāng)村高爾夫俱樂(lè)部的年輕人。公司處女作是 1971年為美國(guó)海軍研制快速減壓艙，在這基礎(chǔ)上發(fā)展了一系列低壓艙類設(shè)備，如生物醫(yī)學(xué)、殺菌消毒、試驗(yàn)?zāi)M等系統(tǒng)；后來(lái)迎合社會(huì)需求逐漸發(fā)展到空勤人員訓(xùn)練設(shè)備，如今儼然成為當(dāng)家技術(shù)；1999年后，運(yùn)動(dòng)模擬技術(shù)工程尤為突出。

國(guó)家宇航訓(xùn)練研究中心（The National AeroSpace Training and Research Center）是ETC全資子公司，裝備了ETC的最新設(shè)備，供軍、民、個(gè)人航空航天模擬試驗(yàn)和訓(xùn)練之用，主要設(shè)備有[23]：

(1)G-Lab單軸4000型載人離心機(jī)（圖4-76）

該離心機(jī)的技術(shù)性能為：

旋轉(zhuǎn)半徑6.1 m；

最大有效載荷318 kg；

最大徑向加速度15 g；

由怠速1.4 g開(kāi)始最大啟動(dòng)率8 g/s；

艙內(nèi)配有窗外視景顯示器；

配備中央及側(cè)面操縱桿；

座椅靠背角度可調(diào) 13°或 30°，適應(yīng)大多數(shù)戰(zhàn)斗機(jī)幾何角度；

航空座椅可旋轉(zhuǎn) 90°，使受試者暴露于橫向加速度環(huán)境下。該離心機(jī)應(yīng)用于美國(guó)空軍戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)。

圖4-76 G-Lab 4000型單軸載人離心機(jī)Fig. 4-76 G-Lab 4000-single axle manned centrifuges

(2)G-FET II 雙軸載人離心機(jī)（圖4-77）

該離心機(jī)的技術(shù)性能為：

轉(zhuǎn)臂7.6 m/系統(tǒng)自然頻率10 Hz；

最大有效載荷350 kg；

最大徑向加速度15 g，用于訓(xùn)練；

最大徑向加速度25 g，用于研究；

由怠速1.4 g開(kāi)始最大啟動(dòng)率為10 g/s；

gx最大值為±10 gx；

gy最大值為 0～8 gy；

主驅(qū)動(dòng)為大力矩直流電動(dòng)機(jī)聯(lián)接精密直角減速器；

俯仰+180o～-90o，滾轉(zhuǎn)+10o～+100o，由同步電動(dòng)機(jī)帶齒輪箱驅(qū)動(dòng)；

艙內(nèi)配有窗外120o×50o視景顯示器；

座椅靠背角度可調(diào) 13°或 30°，適應(yīng)大多數(shù)戰(zhàn)斗機(jī)幾何角度。

圖4-77 G-FET II 雙軸載人離心機(jī)Fig. 4-77 G-FET II two axle manned centrifuge

G-FET系列雙軸載人離心機(jī)俯仰與滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)如圖 4-78所示，這類離心機(jī)加速度變化率最大可以做到15 g/s，適應(yīng)目前甚至未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)性能，執(zhí)行如圖 4-79空戰(zhàn)機(jī)動(dòng)飛行剖面，成為其最現(xiàn)代的載人離心機(jī)或動(dòng)態(tài)飛行模擬器之基礎(chǔ)。

離心機(jī)轉(zhuǎn)臂采用復(fù)合材料或硬鋁合金制造，最小安全系數(shù)按極限強(qiáng)度為5.85，系統(tǒng)自然頻率達(dá)到10 Hz。

圖4-78 G-FET系列雙軸載人離心機(jī)Fig. 4-78 G-FET series two axle manned centrifuge

圖4-79 典型空戰(zhàn)機(jī)動(dòng)曲線Fig. 4-79 Typical air-combat maneuver curve

(3)ATFS-400戰(zhàn)術(shù)飛行系統(tǒng)（圖 4-80和圖4-81）

該離心機(jī)的技術(shù)性能為：

旋轉(zhuǎn)半徑7.6 m；

（最大有效載荷350 kg）；

最大徑向加速度15 g；

最大啟動(dòng)率10 g/s；

gx最大值為±10 gx；

gy最大值為 0～8 gy；

主驅(qū)動(dòng)峰值為6 000 HP(4 474.2 kW)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；

三套精密可控電動(dòng)-機(jī)械運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；

與飛機(jī)機(jī)動(dòng)飛行相協(xié)調(diào)的精密加速度矢量定向控制；

俯仰±360o，滾轉(zhuǎn)±360o；

艙內(nèi)配有窗外120o×70o視景顯示器；

力反饋控制。

圖4-80 ATFS-400戰(zhàn)術(shù)飛行系統(tǒng)視圖1Fig. 4-80 ATFS-400 tactic flight system view 1

圖4-81 ATFS-400戰(zhàn)術(shù)飛行系統(tǒng)視圖2Fig. 4-81 ATFS-400 tactic flight system view 2

（References）

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[11]Using nees to investigate soil-foundation-structure interaction[C]//13thWorld Conference on Earthquake Engineering, Paper No. 2344

[12]Kutter B L, Idriss I M, Khonke T, et al. Design of a large earthquake simulator at UC Davis[J]. Centrifuge, 1994

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[22]http://www.flightmed.com.au/workshop.html[EB/OL]

[23]The National AeroSpace Training and Research Center[EB/OL]. http://www.nastarcenter.com/, 2008