自1994年以来，“新型”气浮轴承一直是多孔介质™气浮轴承技术的市场领导者。
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与Rock Art, Ltd 的子公司Precision Epoxy Products合作，以下文章详细介绍了New Way 扁平圆形气浮轴承在航空航天试验台中的使用，该试验台旨在支持机器人航天器模拟。
提供的附加视频显示了这些气浮轴承在模拟航天器对接和避让策略中的使用。特别感谢麻省理工学院空间系统实验室和约翰霍普金斯大学自治系统控制优化实验室制作这些视频！
乔治亚州道格拉斯维尔，2014 年 1 月 24 日 —大面积所需的一致性和准确性使得测量我们的航空航天环氧树脂测试台之一所需的时间和工具非常昂贵。然而实际上，无论表面如何测量，真正重要的是您的机器人航天器模拟器如何漂浮在环氧树脂地板上。理想的试验台表面在试验台表面上的任何位置都可以使浮子单元几乎没有漂移。如果浮子装置在失重状态下漂浮在气垫上的平坦表面上方时完全静止，那么毫无疑问该表面是完全水平的。
在我们的环氧树脂试验台上设计和使用的精密机器人航天器模拟器可以检测装置何时漂移并激活气浮推进器以纠正运动并稳定装置。然而，这不是一个理想的情况；由于试验台表面不完善，装置必须自我纠正的次数越多，装置的自给式气浮供应耗尽的速度就越快，这反过来又会缩短试验时间。试验台表面不仅需要平整，还需要光滑无孔。为了进一步减少气浮消耗，试验台应允许浮子装置在试验台表面和气浮轴承本身之间的气隙最小的情况下工作。这相当于减少了通过气浮轴承的气浮流量，从而导致更长的测试时间。
浮动机器人航天器实验的发展在相对较短的时间内取得了进展。从图中的模拟器中可以看出，没有两个是相同的。然而，在任何机器人航天器模拟器的构建中都应考虑并纳入共同的相似之处。在 Precision Epoxy 提供环氧树脂试验台之前，任何过度漂移、浮动装置在直线运动期间的转动或装置在飞行模拟过程中的旋转以及其他不规则现象很容易通过试验台表面的潜在缺陷来解释。
随着我们测试台面的引入，有迹象表明，飞行模拟中的一些问题是由浮子装置本身的设计缺陷引起的。对浮动装置的设计进行更正将消除必须处理此类问题，这些问题会分散用于实际研究的时间和资源。我们用我们见过的机器人浮动装置解决了三个最明显的设计缺陷，并设计了我们自己的装置，使其每次都能以一致和可靠的方式运行。假设我们的浮动装置尽可能基本，并且没有计算机、GPS 采集、推进器、陀螺仪、反作用轮、相机或使用我们的环氧树脂测试台之一的机器人航天器上使用的任何硬件。然而，我们的浮动单元是，任何设计的载有附加附件的第一级或运输车辆。无论最终的车辆最终变成什么或天气如何，该设计以 120 度的间隔使用 3 个气浮轴承或在方形单元的所有 4 个角使用 4 个气浮轴承，浮动单元需要采用以下三个设计原则才能与一致性和可靠性。图为位于加利福尼亚州蒙特雷的海军研究生院航天器机器人实验室的环氧树脂试验台上的第一代航天器模拟器。
1）首先设计考虑是浮子单元的平衡。装置的总重量应平衡，以便均匀地分布在所有气浮轴承上。我们的浮动单元是通过仔细放置每个组件来构建的。每个组件都被加工成与任何匹配的组件具有相同的尺寸和重量。此外，还考虑了每个单独组件的尺寸、重量和位置，以实现适当的平衡。建设完成后，单位规模扩大。
缩放是赛车行业中使用的一种程序，作为设置的一部分，用于为在特定赛道上比赛的赛车做准备。车辆被滚动到称为设置平台的完美水平表面上。然后在四个轮胎下分别放置四个相同的电子秤。所有四个秤的总重量等于车辆的总重量。还可以确定和调整从前到后、从左到右和横向重量（前角到相对的后角）的重量分布百分比。
这个想法是将车辆的重量分配到所有四个角落（四个轮胎中的每一个），以实现适合赛道特征的完美平衡；这允许最佳处理和最大速度。一个浮动单元模拟器漂浮在一个完美的表面上，为了让它在一个真实的方向上跟踪，单元需要平衡。为了实现完美的平衡，我们将浮动装置放置在完美水平的环氧树脂测试台上，每个气浮轴承都放置在三个相同的秤之一上。此时，可以确定浮动单元的平衡，并根据需要添加配重，以使单元总重量的三分之一由三个气浮轴承中的每一个支撑。如果不使用配重，很难构建一个完全平衡的浮子单元。通过正确规划和放置组件，所需的配重可以最小化。每次更改或添加组件时，都需要缩放浮动单元。只需将我们浮球装置储气罐上的调节阀从原始设计中使用的调节阀更改为更小的调节阀，装置的平衡就改变了。尽管用于放置配重的位置保持不变，但需要从 82 克增加到 136 克。该装置的总重量保持不变。每个气浮轴承的重量分配均等，确保装置每次都具有真正的浮动路径。只需将我们浮球装置储气罐上的调节阀从原始设计中使用的调节阀更改为更小的调节阀，装置的平衡就改变了。尽管用于放置配重的位置保持不变，但需要从 82 克增加到 136 克。该装置的总重量保持不变。每个气浮轴承的重量分配均等，确保装置每次都具有真正的浮动路径。只需将我们浮球装置储气罐上的调节阀从原始设计中使用的调节阀更改为更小的调节阀，装置的平衡就改变了。尽管用于放置配重的位置保持不变，但需要从 82 克增加到 136 克。该装置的总重量保持不变。每个气浮轴承的重量分配均等，确保装置每次都具有真正的浮动路径。
2)第二个设计考虑是确保每个气浮轴承的气浮流量相等。当注意到我们看到测试的一些航天器模拟器浮动装置的气浮轴承从气源到一号轴承，再到二号轴承，然后到三号轴承时，它立即发出了危险信号。这种类型的管道系统可能出现许多负面情况，很明显可能会遇到通过三个气浮轴承中的每一个的气浮不均匀流动。没有相同的气流通过每个轴承意味着轴承和试验台表面之间的气隙将不同。这将改变重量分布并使装置失去平衡，从而减少真正飞行路径的可能性。此外，如果通过一个轴承的气流减少，气隙可能会减小到足以使该轴承拖拽或钩住试验台表面。对此的唯一修正是增加通过整个系统的每平方英寸气流的磅数，从而减少测试时间。通过适当设计气浮管道管道系统，可以减少或消除负面情况并节省宝贵的时间，因为不必处理设计不良的管道系统会出现的潜在问题。
我们的浮子装置的管道系统设计包括从储气罐调节器到过滤器分段区域的单条气浮管线。另一条单线从过滤器出口连接到定制设计的气浮歧管，该气浮歧管位于浮动装置的 3/16 英寸飞机铝基板平台的中心，与三个轴承中的每一个的距离相等。从歧管到每个气浮轴承的每条气浮管路的尺寸和长度都相同。与直列式管道设计不同，这种设计可确保流向每个气浮轴承的气浮流量相等。这种气浮管路设计还可以轻松、积极地隔离特定气浮轴承故障时可能出现的任何问题。气浮轴承堵塞或脏污、管线或配件破裂或损坏造成的气浮泄漏等都可以快速定位和纠正。
我们的基本浮动装置的第一级或托架平台现在已准备好根据需要添加额外的级以容纳额外的硬件。可以添加所需的任何尺寸、形状或高度的载物台，只要它们的位置与额外的重量适当平衡即可。我们目前使用宾夕法尼亚州阿斯顿的 New Way Air Bearings 提供的 40 mm 轴承。制造商对 40 mm 轴承进行了额定在 60 psi 下可承受高达 50 lbs 的重量。使用三个气浮轴承托架系统，我们的装置应该可以漂浮到 150 磅的自重。我们的装置目前的总重量为 26.5 磅，如果需要使用现有的气浮轴承，可以额外增加 123.5 磅的重量。New Way 提供最大 200 毫米的气浮轴承以及所有安装硬件。
3)第三个设计考虑是选择用于浮子装置压缩气浮储罐的气浮。普通压缩气浮需要一个广泛的过滤系统来去除水分、油渣和任何其他可能堵塞或损坏气浮轴承的污染物。这可能是导致不必要的停机时间的主要问题。
我们决定为我们的装置使用 CO 2 是因为它的纯度，这反过来又允许最小的在线过滤系统。气浮轴承被堵塞从而减少气流的可能性也降低了。从彩弹市场到饮料行业，各行各业都有多种 CO 2 罐设计和尺寸可供选择。这些水箱选择为浮动装置的设计提供了更大的灵活性。容易获得我们的水箱重新装满也是一个考虑因素。
发布这篇论文是为了分享我们通过多年来的经验学到的信息。我们设计并安装了许多完全平坦和水平的各种尺寸和各种用途的地板表面，使我们能够深入了解此处包含的建议。此外，由于我们的大面积表面非常完美，因此通过浮动单元验证以外的任何其他方式测量它们的准确性既不实用也不可靠。
我们要感谢 New Way Air Bearings 的所有帮助以及 他们为我们的浮动单元项目提供的出色产品。
联系信息：Guidance Dynamics Corporation 是定制交钥匙机器人航天器模拟器或定制组件的来源。我们与 Guidance Dynamics 总裁 Eric Rasmussen 及其工作人员合作了多个项目，并见证了他的单位从 3 自由度到 6 自由度的运行。
他们提供的产品令人印象深刻。欲了解更多信息，请访问他们的网站www.guidancedynamics.com。
联系信息：
Eric Rasmussen
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集成NewWay气浮轴承的类似卫星研究：
