弱磁回转微重力效应模拟器是用于模拟空间弱磁场、微重力等多因素耦合进行细胞培养的装置。在空间生命科学领域,长期处于空间环境中产生的一些诸如骨流失、免疫功能下降等病理现象逐渐被发现,但由于空间环境特殊,不利于相关实验的开展,其病理机制尚未明确。为进一步对上述病理机制进行研究,需要建立地面模拟装置,以便相关实验的开展。目前在地面模拟空间生物反应器方面,主要集中于单因素作用的模拟研究。而上述病理现象不仅是空间单因素环境作用的结果,而是空间微重力、弱磁场等多因素耦合作用产生的。针对上述问题,本文提出了一种基于气动无磁驱动方法的弱磁微重力效应模拟装置,可在地面环境下对空间微重力、弱磁场等环境因素进行耦合模拟,用于开展空间生命科学相关实验研究。本课题主要完成了以下工作:首先,根据微重力生物学效应的原理,进行了基于气驱动的弱磁回转微重力效应模拟器结构设计。基于气驱动的弱磁回转微重力效应模拟器,其主要功能是对空间微重力效应、弱磁进行耦合,模拟空间环境进行细胞培养,同时兼顾其细胞培养所需的温度、二氧化碳气体等要求。在结构设计方面,依据微重力效应原理,设计了弱磁回转微重力效应模拟器的基本结构和无磁温控系统,从结构上保证了其基本功能的实现。其次,针对弱磁回转微重力效应模拟器模拟空间弱磁环境的基本特性,提出了一种气动式无磁驱动系统。气动无磁驱动系统的功能是在不引入额外磁场的前提下,驱动负载进行回转运动,以实现微重力效应的模拟。本文采用气缸作为执行器,通过曲柄连杆机构,将直线运动转换为回转运动,并对气动回路各元件模型进行分析,建立了气动无磁驱动系统的数学模型,实现系统的无磁驱动。然后,运用运动学仿真软件,对弱磁回转微重力效应模拟器的动力学模型进行仿真实验。分别对弱磁回转微重力效应模拟器的无磁驱动系统和整机系统进运动学仿真实验,分析无磁气动驱动机构的运动学特性,验证弱磁回转微重力效应模拟器进行微重力效应模拟的系统运动特性。最后,运用电磁场仿真软件,对弱磁回转微重力效应模拟器的磁特性进行仿真实验。对气动无磁驱动系统、传动轴系及细胞培养室各模块进行剩磁仿真实验,验证整机系统的剩磁特性。