中國工程物理研究院總體工程研究所（以下簡稱總體所）主要從事武器總體工程設(shè)計(jì)、環(huán)境試驗(yàn)、數(shù)值模擬工作，同時(shí)也是我國科學(xué)試驗(yàn)用離心機(jī)研制的龍頭單位。

總體所同步于歐美于1960年代開始大型離心機(jī)研制工作，至今已研制交付各類離心機(jī)四十余臺，其中多臺離心機(jī)性能指標(biāo)處于國際領(lǐng)先水平：最大模擬加速度達(dá)到40000g（1g=9.8m/s²），最大整機(jī)容量已達(dá)到1000gt，最大加速度增長率達(dá)到35g/s，持續(xù)加速度模擬最高精度達(dá)到10^-6量級，加速度模擬自由度達(dá)到三個(gè)，實(shí)現(xiàn)了加速度、振動(dòng)、溫度、氣動(dòng)復(fù)合。這些裝置為我國多個(gè)型號戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)武器及戰(zhàn)機(jī)部組件檢測、定型提供了試驗(yàn)平臺，為我國多個(gè)水利、交通工程建設(shè)提供了工程設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺。

總體所研發(fā)的科學(xué)試驗(yàn)用離心機(jī)類型包括：應(yīng)用于交通、水利等行業(yè)的土工離心機(jī)及機(jī)載裝置；應(yīng)用于航空、航天產(chǎn)品飛行環(huán)境模擬的例行離心機(jī)和過載模擬離心機(jī)；應(yīng)用于慣性儀表校準(zhǔn)、檢測的精密離心機(jī)；應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)飛行員訓(xùn)練的載人離心機(jī)等。

　　一、土工離心機(jī)

土工離心機(jī)依據(jù)離心場下土工模型的縮尺效應(yīng)（1:n，n為加速度g值）、縮時(shí)效應(yīng)（1:n²）、強(qiáng)化能量效應(yīng)（1:n³），開展縮比模型試驗(yàn)，廣泛應(yīng)用于堤壩、邊坡、路基、隧道、建筑物基礎(chǔ)等方面的工程應(yīng)用試驗(yàn)研究。

總體所承接了國內(nèi)自1990年代以來所有土工離心機(jī)研制項(xiàng)目。用戶包括西南交通大學(xué)、長安大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)、成都理工大學(xué)、鄭州大學(xué)、長江水利委員會(huì)長江科學(xué)院、天津水運(yùn)科學(xué)院、中國地震局工程力學(xué)所等十余家科研院所，極大地促進(jìn)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域研究發(fā)展。

目前，總體所研制的土工離心機(jī)最大容量已達(dá)到1000gt，最大加速度已達(dá)到250g，吊籃最大空間可達(dá)2m×2m×2m。

二、機(jī)載裝置

總體所研發(fā)了多套機(jī)械手和振動(dòng)臺等土工離心機(jī)機(jī)載裝置。

1．離心場下機(jī)械手

機(jī)械手安裝在土工離心機(jī)吊籃，在離心場下，通過機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)離心模型試驗(yàn)中如填筑、開挖、注水和剖面變形等復(fù)雜動(dòng)作，具備不停機(jī)實(shí)現(xiàn)工具更換等功能。

總體所先后為成都理工大學(xué)、長江水利委員會(huì)長江科學(xué)院、長安大學(xué)、浙江大學(xué)等多家單位研制土工離心機(jī)試驗(yàn)用機(jī)械手。

圖2所示為總體所為長安大學(xué)研制的機(jī)械手。該系統(tǒng)在100g離心場下可實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸、Z軸以及C軸的四軸聯(lián)動(dòng)。機(jī)械手各方向都由獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，依靠X、Y、Z軸平移機(jī)構(gòu)和C向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手四軸精確定位。定位精度為0.1mm；X、Y、Z三軸承載能力為：X軸2500N，Y軸2500N，Z軸拉5000N、壓18000N。工具頭安裝法蘭運(yùn)行范圍為：X向運(yùn)行范圍為207～587mm，Y向運(yùn)行范圍為217～467mm，Z向運(yùn)行范圍為495～895mm。

2．離心場下振動(dòng)臺

振動(dòng)臺安裝在離心機(jī)吊籃，通過對縮比模型施加壓縮地震波激振，考核巖土結(jié)構(gòu)抗震性能。

總體所先后為同濟(jì)大學(xué)、成都理工大學(xué)、鄭州大學(xué)、長江水利委員會(huì)長江科學(xué)院等單位研制土工離心機(jī)試驗(yàn)用振動(dòng)臺。

成都理工大學(xué)土工離心機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)是目前國際上性能指標(biāo)領(lǐng)先的離心機(jī)機(jī)載振動(dòng)臺，系統(tǒng)能夠在100g離心場下開展振動(dòng)試驗(yàn)。有效負(fù)載質(zhì)量1200kg，振動(dòng)頻率范圍20Hz～250Hz；振動(dòng)最大速度±0.75m/s，地震波面積失真度≦5%；最大振動(dòng)歷時(shí)3s（小量級地震波可延長至5s），離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中具有2～3次滿量級激振的能力或者5次小量級激振能力。

三、例行試驗(yàn)離心機(jī)

例行試驗(yàn)離心機(jī)用于模擬航空、航天產(chǎn)品飛行過程中所承受的加速度環(huán)境，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的整體、部件在高過載等環(huán)境下的力學(xué)與電氣性能試驗(yàn)、產(chǎn)品檢驗(yàn)。

總體所于1968研制完成的“亞洲一號”離心機(jī)目前仍運(yùn)行良好，1998年完成離心–氣動(dòng)–溫度復(fù)合離心機(jī)研制并投入使用，2012年完成離心–振動(dòng)復(fù)合離心機(jī)研制并交付航天用戶，目前正在進(jìn)行半徑達(dá)13m的新一代例行試驗(yàn)離心機(jī)的研制工作。

圖4所示為離心–氣動(dòng)–溫度復(fù)合離心機(jī)，該系統(tǒng)有效半徑7m，最大負(fù)載質(zhì)量2000kg，最大加速度200g。

四、過載模擬離心機(jī)

過載模擬離心機(jī)用于動(dòng)態(tài)跟隨導(dǎo)彈、戰(zhàn)機(jī)飛行過載曲線，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品過載環(huán)境下的性能考核與檢測。目前，總體所已經(jīng)成功研制用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)過載環(huán)境試驗(yàn)考核、導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)飛行過載環(huán)境模擬以及航空救生裝備鑒定的過載模擬離心機(jī)。

圖 5所示是用于導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)飛行過載環(huán)境模擬的過載模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過模擬導(dǎo)彈飛行過程三軸過載對產(chǎn)品部組件進(jìn)行性能考核。主要技術(shù)指標(biāo)如下：半徑3.5m，最大模擬加速度40g，最大加速度增長率24g/s，最大負(fù)載200kg。

圖 6所示為高動(dòng)態(tài)仿真離心機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過模擬導(dǎo)彈飛行過程中的Z向過載對產(chǎn)品部組件進(jìn)行性能考核。主要技術(shù)指標(biāo)如下：最大模擬加速度100g，最大加速度增長率35g/s，最大負(fù)載20kg。

圖7所示是總體所為航天科技四院401所研制的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)離心過載模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過模擬發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過程對產(chǎn)品過載承受能力進(jìn)行考核鑒定。主要技術(shù)指標(biāo)如下：最大加速度55g，加速度上升率4g/s，最大負(fù)載2000kg。

圖 8所示是總體所為航宇救生裝備有限公司研制的動(dòng)態(tài)慣性載荷模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于航空救生裝備過載環(huán)境性能考核。系統(tǒng)配備自由吊艙，根據(jù)需要可研制配備二自由模擬吊艙。主要技術(shù)指標(biāo)如下：有效半徑8m，最大加速度15g，最大過載變化率10g/s，最大負(fù)載2000kg。

五、精密離心機(jī)

精密離心機(jī)提供1g以上的高精度加速度，應(yīng)用于慣性產(chǎn)品輸出性能測試、研究、校準(zhǔn)和標(biāo)定。

2012年至今，總體所陸續(xù)承接了中物院五所、中電26所、中船717所等單位精密離心機(jī)研制項(xiàng)目，并于2012年獲批國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)“高精度慣性儀表校準(zhǔn)檢測裝置研制及應(yīng)用”，該項(xiàng)目研制完成的精密離心機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如下：半徑1m，加速度精度為10^-6量級，最大負(fù)載20kg，最大加速度100g。

載人離心機(jī)

載人離心機(jī)通過三自由度協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生持續(xù)性過載，用于戰(zhàn)機(jī)飛行員飛行模擬訓(xùn)練及航空醫(yī)學(xué)研究。系統(tǒng)提供主動(dòng)和被動(dòng)過載控制模式，飛行員可在模擬座艙內(nèi)根據(jù)視景、儀表系統(tǒng)提供的視覺信息及自身過載感受操縱飛行模擬操縱系統(tǒng)進(jìn)行模擬訓(xùn)練。

圖 10所示是總體所自主研制的載人離心機(jī)。該系統(tǒng)有效半徑8m，最大模擬加速度15g，最大過載變化率10g/s，模擬吊艙能夠提供±360°的滾轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于80ms。