低速风洞绳牵引并联支撑系统的机构与模型姿态控制方案设计

首先介绍作为风洞试验中新型'软式'支撑系统的绳牵引并联支撑系统;其次,在给定的设计要求下,依据缩比模型所需运动,探讨绳牵引并联支撑系统的设计原理,并提出详细的设计步骤,得到了一个8根绳牵引的RRPM:WDPSS-8,使缩比为1∶40的F-15E模型可实现的俯仰角达-79°～71°、滚转角达-90°～90°、偏航角达-38°～39°;最后,在建立系统的动力学模型的基础上,采用基于绳长关节空间的驱动力矩控制器的位置控制方案来进行缩比模型的姿态控制,并用Lyapunov函数证明缩比模型在该控制规则下的运动稳定性.

低速风洞绳牵引并联支撑系统的运动学参数标定

提出一种用两个倾角计且基于逐次逼近算法对风洞绳牵引并联支撑系统WDPSS-8的运动学参数进行标定的方法,利用该方法对WDPSS-8的49个主要运动学参数进行了辨识,通过计算机仿真对辨识结果进行了验证,从而为提高WDPSS-8的缩比模型的姿态角精度奠定了理论基础。

风洞试验WDPR支撑牵引绳与模型耦合振动研究

针对应用于风洞试验的飞行器模型支撑的绳牵引并联机器人WDPR-8,研究牵引绳振动与模型位姿之间的耦合关系。首先,建立WDPR-8机器人支撑系统的等效模型,并通过运动学的正解和逆解验证该等效模型的有效性;其次,分析了绳索的涡激振动问题;然后,对牵引绳施加模拟吹风来流引起绳振动的正弦激励信号,求得整个系统的共振频率,讨论了提高系统刚度的可行方法;最后,研究了牵引绳与飞机模型的耦合振动问题,给出了基于风洞试验的牵引绳振动引起的WDPR-8支撑的模型位姿偏差,以及模型失速发生振动时牵引绳张力的变化。本文的研究结果可为WDPR-8系统的运动控制补偿提供参考。

并联机器人刚度与静力学研究现状与进展

并联机器人的刚度与静力学分析,对于机构力学性能研究具有重要的理论价值和意义.本文围绕杆支撑、绳牵引和钢带传动3种结构形式,详细阐述了国内外并联机构刚度和静力学分析的研究现状.着重从有限元、解析模型和性能分析3方面分析了杆支撑并联机构的刚度研究进展.讨论了有关绳牵引并联机构中绳拉力、动载荷频率、绳牵引预紧力与刚度、静力学之间关系的研究成果.根据钢带并联机器人结构的特殊性,对钢带并联机构的刚度与静力学分析中可能遇到的失稳与振动问题进行了探讨.最后,对并联机器人技术发展情况进行总结与展望,指出随着刚度分析与静力学分析的不断深入,并联机器人的力学理论将会日趋成熟和完善,为并联机器人机构优化设计提供更深入、系统的理论依据.

高超声速风洞WDPR支撑尖锥模型应用可行性分析

绳牵引并联机构(WDPR)能够有效调整飞行器模型的位姿,为扩展风洞试验能力提供了一种新型支撑手段,具有很大的应用潜力。本文将对其在高超声速风洞中应用所涉及的稳定性与气动干扰问题进行研究。以10°尖锥标椎模型为例,设计了8绳牵引的并联支撑系统,可以通过调整绳长控制模型的位置和姿态。模拟了气动载荷作用下支撑系统的稳定性,优化牵引绳直径。基于构建的三维模型,借助CFD软件进行气动计算,包括马赫数为7.8时,不同迎角下绳牵引并联支撑锥体模型的气动力系数,通过与无绳支撑结果以及文献试验数据进行比较,表明在小迎角情况下,绳系支撑引起的气动干扰相对误差较小,但会随迎角的增大而增加。此外,分别对弯刀支撑和绳牵引并联支撑进行了模态分析,对比了2种支撑的固有频率。结果显示绳系支撑固有频率较高,系统刚度较大。本文的理论研究成果可为绳牵引并联支撑技术在高超声速风洞中的应用提供一定的技术支持。

考虑绳阻尼的绳系并联机器人动力学特性分析

针对应用于风洞试验模型支撑的绳系并联机器人的设计需求,采用实验和理论建模相结合的方法,研究绳阻尼对绳系并联机器人动力学特性的影响。首先,为了准确地定量描述绳阻尼,设计了一套测量绳阻尼的实验装置,通过实验得到了不同参数下的绳阻尼比;其次,考虑了绳阻尼,对绳张力进行建模,并提出了考虑绳阻尼的绳系并联机器人的动力学建模方法;最后,分析了绳阻尼对绳系并联机器人动力学特性的影响。结果表明:绳阻尼对绳系并联机器人动力学响应的影响主要体现在响应幅值上,绳直径越大,绳阻尼对绳系并联机器人动力学响应的减振作用越明显。当绳阻尼系数大于0.6 N·s/m时,不论绳直径粗细如何,绳阻尼对绳系并联机器人动力学特性的影响不能忽略。研究结果可为绳系并联机器人的设计提供理论指导。

基于WDPR-8支撑与弯刀尾支撑的风洞对比试验研究

对国内近年设计的具有典型先进战斗机布局的动态试验标模,采用8绳牵引的绳牵引并联机器人(WDPR-8)支撑和传统弯刀尾支撑在FL-5风洞中进行对比吹风试验。根据风洞试验环境及仿真计算系统的刚度与工作空间,设计了满足要求的WDPR-8绳系结构和支撑机构,并建造了样机;在阻塞比及两心距足够小的前提下,保证了模型在两支撑系统中的通用性,以此设计内置六分量杆式天平的试验模型;利用绳拉力信号并联WDPR-8视觉采集系统与风洞VSS采集系统,实现气动力、机器视觉和绳拉力3个采集系统同步工作;在除支撑系统以外其他试验条件保持一致的条件下,进行重复性试验、纵向试验和横向试验。数据处理时,弯刀尾支撑进行了尾支架修正,WDPR-8支撑未修正。比较对照试验结果可得:两者在纵向试验的重复性试验所得升力系数最大均方差差别很小,2种支撑得到的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数的最大均方差不超过3.6%;横向试验在试验攻角范围内,2种支撑得到的侧向力系数对侧滑角的导数变化规律基本相同。用WDPR-8支撑进行的单自由度俯仰振荡试验得到的升力系数迟滞环曲线各环首尾连续,与静态升力系数曲线走势一致,且非定常迟滞环面积随减缩频率增大而增大,符合物理意义。试验研究结果反映出WDPR-8支撑的可行性及结果的有效性。

电磁散射测试的可重构绳系并联支撑机构

根据电磁散射测试时被测目标物姿态滚转变化的需求,提出一种能同时满足全滚转扫描和其他多种姿态测试要求的可重构绳系并联支撑机构设计方案,并进行了理论分析和试验验证。用双回转机构构建可重构绳系并联支撑机构,建立了该机构的运动学模型和静力学模型。根据该机构的结构矩阵,采用蒙特卡罗法求解其力闭合工作空间,计算得到设计参数下的姿态工作空间,分析了目标物全滚转、俯仰,全滚转、俯仰和偏航2种组合姿态运动状态下,绳长的变化规律和绳拉力的分布情况。进一步地,分别对泡沫转台支架和绳系结构支撑的电磁散射特性进行了测试和分析。最后,分析了某飞机目标物在泡沫转台支架和绳系支撑下的雷达散射截面。结果表明:在8~12 GHz频段内,可重构绳系并联支撑机构表现出很好的低散射特性。2种支撑方式下飞机目标雷达散射截面测试误差的绝对值小于1 dBsm,相对误差为±10%。可重构绳系并联支撑机构支撑可拓展电磁散射测试能力,具有良好的工程实际应用前景。