太空組合彈簧拉力器設(shè)計(jì)

王碩

摘 要 本文將從簡(jiǎn)單常用的彈簧拉力器入手，從簡(jiǎn)單操作、方便高效出發(fā)，設(shè)計(jì)一種新型組合彈簧拉力器，以滿足航天員在太空對(duì)于腿部、腰部、胳膊處肌肉的鍛煉任務(wù)。

關(guān)鍵詞 太空 彈簧拉力器 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：V527；TH135 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在長(zhǎng)期的太空生活中，空間微重力成為航天員的頭號(hào)“強(qiáng)敵”。人在失重狀態(tài)下長(zhǎng)期生活，沒有力的作用，人的肌肉會(huì)萎縮。人的飲食、睡眠、運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知等均與地面有很大不同，人體心血管、骨骼-肌肉、免疫等系統(tǒng)都會(huì)發(fā)生適應(yīng)性變化?？紤]到這些對(duì)航天員身體健康狀況的影響，航天員在太空間需進(jìn)行必要的體育鍛煉?，F(xiàn)今航天員用到的太空鍛煉設(shè)備一般為自行車功量計(jì)、微型跑道、彈簧拉力器及負(fù)壓筒。

首先介紹一下裝置的結(jié)構(gòu)。整套裝置分為腳部固定裝置、腰部固定裝置、腿部彈簧拉力器和手部彈簧拉力器四部分構(gòu)成。

1腳部固定裝置

腳部固定裝置位于太空艙底部，負(fù)責(zé)將航天員控制成腳朝下，頭部朝上的狀態(tài)，在腳部固定裝置兩側(cè)各安裝兩個(gè)彈簧拉力器固定拉鉤，負(fù)責(zé)將彈簧拉力器一端固連在太空艙底部。

考慮到飛船這一特殊的環(huán)境（空間有限），所設(shè)計(jì)的腳部固定裝置在使用時(shí)左右兩邊裝置可由紐扣連接，并可根據(jù)不同腳板大小調(diào)整空間。裝置外側(cè)仍有連接紐扣，這一設(shè)計(jì)是為了在裝置不用時(shí)可以將其反扣固定在飛船艙底部，從而節(jié)省空間。

2腿部彈簧拉力器

腿部彈簧拉力器的設(shè)計(jì)跟普通拉力器稍有區(qū)別。彈簧拉力器的兩端不再是用于雙手握持的裝置，而是一端為圓環(huán)與太空艙底部的連接裝置連接，另一端改裝成圓形套環(huán)便于和腰部固定裝置連接。

腿部彈簧拉力器整體效果圖如圖1。

3腰部固定裝置

考慮到航天員的舒適性和與腿部彈簧拉力器的連接問(wèn)題，腰部固定裝置設(shè)計(jì)為類似于馬甲的一個(gè)可穿戴的設(shè)備，制作材料與衣服制作材料類似，左右兩側(cè)有與腿部彈簧連接的連接裝置。

設(shè)計(jì)示意圖如圖2。

腰部固定裝置與腿部彈簧連接的示意圖如圖3。

4手部彈簧拉力器

在太空艙頂端安裝兩個(gè)短的彈簧拉力器，一端與飛船頂艙連接，另一端與普通拉力器手握裝置一樣。

5整個(gè)裝置組合起來(lái)的示意圖（如圖4）

5.1關(guān)于彈簧長(zhǎng)度的說(shuō)明

因?yàn)闊o(wú)法得到飛船的規(guī)格數(shù)據(jù)，無(wú)法給出具體的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)要求需達(dá)到腿部彈簧長(zhǎng)度應(yīng)小于人體一般腿長(zhǎng)。手部彈簧長(zhǎng)度應(yīng)很短。

這個(gè)裝置相比于現(xiàn)有的太空鍛煉設(shè)備，具有以下的優(yōu)點(diǎn)。

（1）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，在彈簧拉力器的基礎(chǔ)上進(jìn)行組合創(chuàng)新。

（2）充分考慮了飛船特殊環(huán)境，不用時(shí)可以將其收起，節(jié)省空間。

（3）現(xiàn)有應(yīng)用彈簧拉力器設(shè)計(jì)的太空鍛煉裝置對(duì)人進(jìn)行整體調(diào)節(jié)的效果較小，但通過(guò)此裝置可以同時(shí)達(dá)到鍛煉腿部、腰部和胳膊處肌肉的效果，效率高。

（4）使用方式簡(jiǎn)單方便。

下面介紹一下拉力器的使用方法?？紤]到太空艙這一特殊環(huán)境，我將此款健身器件設(shè)計(jì)成可拆卸，隨用隨裝。其中腰部固定裝置、腿部拉力器和手部拉力器均可拆卸，不用時(shí)可以收起，這樣可以避免占用太空艙寶貴的空間，同時(shí)也避免對(duì)航天員的活動(dòng)造成障礙。

5.2使用步驟

（1）首先將雙腳放于腳部固定裝置中。

（2）將兩套拉力器分別安裝在底部和頂部的固定拉鉤上

（3）航天員穿好腰部固定裝置，將腿部拉力器與腰部固定裝置連接

（4）之后雙手握緊頂端拉力器，通過(guò)腿部發(fā)力和雙手發(fā)力站直。站直后再蹲下重復(fù)進(jìn)行。

整套設(shè)備的原理在于固定于底部的拉力器長(zhǎng)度小于人體的腿長(zhǎng)，當(dāng)航天員將腰部裝置固定在腰部時(shí)，此時(shí)雙腿是彎曲的，之后航天員雙手握住頂部拉力器，通過(guò)雙手向下拉、雙腿用力伸直以及腰部用力向上提使身體站直，在此過(guò)程中腿部、腰部以及胳膊都會(huì)用力，從而達(dá)到同時(shí)鍛煉腿部，腰部及胳膊處肌肉的效果。