捕獲軌跡試驗技術(shù)是研究飛行器分離特性的風洞特種試驗技術(shù),為飛行器的安全高效分離和飛控系統(tǒng)的設(shè)計提供試驗依據(jù)。本文研究風洞捕獲軌跡試驗系統(tǒng)中的六自由度機構(gòu)運動學、控制系統(tǒng)、分離軌跡生成等關(guān)鍵問題,設(shè)計了兩種集測量、氣動解算和驅(qū)動為一體的捕獲軌跡試驗方法。本文開展的工作如下:(1)使用Denavit-Hartenberg參數(shù)法,建立了串聯(lián)六自由度機構(gòu)的正逆解算法,用于顯示和控制分離體模型的位姿,使用激光跟蹤儀對六自由度機構(gòu)的定位精度進行檢測,并使用多項式擬合檢測的誤差結(jié)果,補償?shù)秸娼馑惴ㄖ?補償后的定位精度滿足試驗要求。(2)使用牛頓第二定律和動量矩定理建立了分離體在分離過程中的動力學微分方程組,使用龍格-庫塔法求解微分方程組,獲得分離體實際分離軌跡和分離體模型在風洞試驗段內(nèi)需要運動的軌跡點。(3)設(shè)計了點到點間歇式運動的試驗方法和軌跡連續(xù)運動的試驗方法,前一種試驗方法在解算軌跡點位置停下來后解算下一軌跡點位置,后一種試驗方法運動到解算位置前提前解算下一軌跡位置并保證試驗過程分離體模型按解算軌跡連續(xù)運動。這兩種試驗方法都使用了電子凸輪來實現(xiàn)六自由度機構(gòu)的各軸聯(lián)動。前一種試驗方法使用五次多項式函數(shù)規(guī)劃相鄰兩解算軌跡點之間的中間路徑,后一種試驗方法每次解算出多個軌跡點,使用三次樣條插值函數(shù)和五次多項式函數(shù)規(guī)劃運動軌跡,減小了六自由度機構(gòu)帶動分離體模型按軌跡運動時的速度和加速度的波動。(4)仿真了隨時間變化的力和力矩作用下的分離軌跡,結(jié)果表明所設(shè)計的試驗方法在給定初始條件和外力作用下具備獲得分離體準確分離軌跡的能力。仿真了在隨位置變化的力和力矩作用下的分離軌跡,結(jié)果表明軌跡連續(xù)運動的試驗方法與點到點間歇運動的試驗方法所得的分離軌跡基本一致,僅在軌跡多次變向時存在小量誤差,但對真實風洞試驗條件下獲取的分離軌跡幾乎無影響,最后分析了兩種試驗方法的實際運動軌跡,分析結(jié)果表明軌跡連續(xù)運動的試驗方法效率更高。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V211.74
【部分圖文】：

圖 1.1 AEDC 4T 風洞捕獲軌跡系統(tǒng)等軸測圖Fig 1.1 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system isometric圖 1.2AEDC 4T 風洞捕獲軌跡試驗系統(tǒng)控制系統(tǒng)示意圖Fig 1.2 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system control system diagram該捕獲軌跡試驗系統(tǒng)的試驗流程圖如圖 1.3 所示，整個系統(tǒng)由全尺寸分離體的氣動系統(tǒng)，氣動系數(shù)預估，全尺寸分離體力和力矩方程的求解以及輸出計算結(jié)果幾部分組成[11]。其中該系統(tǒng)使用的氣動系統(tǒng)預估技術(shù)，減少軌跡生成所需的風洞試驗時間的同時還保證了分離軌跡預測的精度，在每個軌跡生成周期中，當前軌跡點測量的氣動系數(shù)與在前一個軌跡點所預測的同一軌跡點的氣動系統(tǒng)進行對比，如果兩個結(jié)果相差較大，則丟棄前一個計算周期中計算的軌跡數(shù)據(jù)，如果比較結(jié)果令人滿意，則在軌跡上定義該數(shù)據(jù)點，在連續(xù)多次成功的預測之后，軌跡生成步長增加 1 倍，在每次預測錯誤后，軌跡生成步長減少 1 倍，軌跡生成步長的下限為求解運動方程的積分時間間隔。通過氣動系數(shù)預估技術(shù)，每次獲得一條軌跡的風洞運行時間減少了 25%到 50%[9]。

圖 1.1 AEDC 4T 風洞捕獲軌跡系統(tǒng)等軸測圖Fig 1.1 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system isometric圖 1.2AEDC 4T 風洞捕獲軌跡試驗系統(tǒng)控制系統(tǒng)示意圖Fig 1.2 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system control system diagram該捕獲軌跡試驗系統(tǒng)的試驗流程圖如圖 1.3 所示，整個系統(tǒng)由全尺寸分離體的氣動系統(tǒng)，氣動系數(shù)預估，全尺寸分離體力和力矩方程的求解以及輸出計算結(jié)果幾部分組成[11]。其中該系統(tǒng)使用的氣動系統(tǒng)預估技術(shù)，減少軌跡生成所需的風洞試驗時間的同時還保證了分離軌跡預測的精度，在每個軌跡生成周期中，當前軌跡點測量的氣動系數(shù)與在前一個軌跡點所預測的同一軌跡點的氣動系統(tǒng)進行對比，如果兩個結(jié)果相差較大，則丟棄前一個計算周期中計算的軌跡數(shù)據(jù)，如果比較結(jié)果令人滿意，則在軌跡上定義該數(shù)據(jù)點，在連續(xù)多次成功的預測之后，軌跡生成步長增加 1 倍，在每次預測錯誤后，軌跡生成步長減少 1 倍，軌跡生成步長的下限為求解運動方程的積分時間間隔。通過氣動系數(shù)預估技術(shù)，每次獲得一條軌跡的風洞運行時間減少了 25%到 50%[9]。

1 緒 論得分離軌跡，大大地縮短了風洞運行時間。以色列飛沖式高速風洞、美國 AEDC 的 4T 風洞[19,20]，南美的 CAL1.2 米風洞，其中印度 NAL1.2 米風洞的捕獲軌跡試21]。這類在試驗過程中能夠?qū)崿F(xiàn)軌跡連續(xù)運動的試驗系機需要同時控制模型運動、求解運動方程和實時采集處數(shù)據(jù)。但試驗效率也大大提高。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2825952