全模顫振風(fēng)洞試驗(yàn)需要通過軟支撐系統(tǒng)模擬飛行器的自由飛行狀態(tài)并調(diào)整模型姿態(tài)達(dá)到配平狀態(tài)。參考NASA雙索懸掛方案,提出了一種兩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三索懸掛系統(tǒng),利用后方兩索的同向/反向聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)模型俯仰和滾轉(zhuǎn)姿態(tài)的調(diào)整,利用彈簧剛度以及鋼繩張力設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)支撐頻率要求�；谌嵝远囿w動(dòng)力學(xué)方法,建立了包括飛行器剛體模型、柔性索、滑輪、彈簧、氣動(dòng)力模型、伺服電機(jī)控制在內(nèi)的復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,其中,利用任意拉格朗日-歐拉（ALE）變長度索單元描述鋼繩,利用不約束物質(zhì)坐標(biāo)的索結(jié)點(diǎn)約束描述鋼繩與滑輪相互作用,利用索結(jié)點(diǎn)物質(zhì)輸運(yùn)速度約束描述伺服電機(jī)絞盤,利用飛行力學(xué)的氣動(dòng)力模型描述吹風(fēng)下的氣動(dòng)力�；谠撃Ｐ�,通過小擾動(dòng)響應(yīng)辨識(shí)研究了彈簧剛度、鋼繩張力、連接點(diǎn)位置等因素對支撐頻率的影響規(guī)律,并分析了系統(tǒng)姿態(tài)調(diào)整能力,俯仰調(diào)整范圍達(dá)到-12.5°～12.5°,滾轉(zhuǎn)調(diào)整范圍達(dá)到-45°～45°。采用滑輪處電位計(jì)測量的鋼繩相對位移作為反饋信號,基于設(shè)計(jì)的控制律利用多體動(dòng)力學(xué)求解器與Simulink對風(fēng)洞吹風(fēng)下的姿態(tài)調(diào)整過程進(jìn)行仿真,模型達(dá)到配平狀態(tài),獲得了吹風(fēng)下的索拉力和伺服電機(jī)功率,為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。 

【文章來源】：航空學(xué)報(bào). 2020,41(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

圖１三索懸掛系統(tǒng)示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｒｅｅ－ｃａｂｌｅｍｏｕｎｔｓｙｓｔｅｍ９３４－２

長度索單元懸索系統(tǒng)中的鋼繩與滑輪存在接觸和摩擦等作用，并依靠伺服電機(jī)絞盤提供控制。如果利用常用的拉格朗日描述索單元對鋼繩進(jìn)行建模，用接觸模型考慮繩與滑輪間的相互作用，繩索劃分與滑輪尺度適應(yīng)的細(xì)密網(wǎng)格，計(jì)算量較大。本文利用洪迪峰等［２０］、彭云［２１］開發(fā)的ＡＬＥ變長度索單元對鋼繩進(jìn)行建模。與傳統(tǒng)的拉格朗日描述不同，在ＡＬＥ變長度索單元的節(jié)點(diǎn)廣義坐標(biāo)不僅包括節(jié)點(diǎn)的全局坐標(biāo)ｒ，還包含物質(zhì)坐標(biāo)ｐ，即起始點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)的繩長，如圖２所示。因此，兩節(jié)點(diǎn)索單元的廣義坐標(biāo)為ｑｃ＝ｒＴ１ｒＴ２ｐ１ｐ［］２（１）式中：下標(biāo)１、２表示節(jié)點(diǎn)編號。為了描述單元內(nèi)部任意物質(zhì)點(diǎn)的位置ｒ，引入形函數(shù)Ｎｅ：ｒ＝Ｎｅｑｅ（２）式中：Ｎｅ＝（１－ξ）Ｉ３×３ξ［Ｉ３×３］；ｑｅ＝［ｒＴ１ｒＴ２］；ξ＝（２ｐ－ｐ１－ｐ２）／（ｐ１－ｐ２）。與Ｌａｇｒａｎｇｅ索單元不同的是，由于邊界物質(zhì)流動(dòng)導(dǎo)致ＡＬＥ索單元形函數(shù)的自然坐標(biāo)ξ是隨時(shí)間變化的，因此ＡＬＥ索單元的形函數(shù)也是隨圖２兩節(jié)點(diǎn)ＡＬＥ索單元Ｆｉｇ．２ＡＬＥｃａｂｌｅｅｌｅｍｅｎｔｏｆｔｗｏｎｏｄｅｓ

７２５ＣＤα０．３４ＣＺｐ０．１０５ＣＬα４．６４ＣＺｒ０．００５１Ｃｍα－１．２２Ｃｌβ－０．０６１７Ｃｍ?α－３．８５Ｃｌｐ－０．４０１Ｃｎβ０．１１７Ｃｎｐ－０．０１９９Ｃｎｒ－０．１２４Ｃｌｒ０．０７８Ｃｍ０－０．００９２ｃ／ｍ０．４８４ｂ／ｍ３．５０７Ｓ／ｍ２１．５３６制指令給伺服電機(jī)，伺服電機(jī)通過收放鋼繩調(diào)整模型姿態(tài)，確保模型受到的氣動(dòng)靜載荷最小，并保證在吹風(fēng)試驗(yàn)中模型的姿態(tài)穩(wěn)定，如圖４所示。根據(jù)幾何關(guān)系，鋼繩相對位移量Ｓｒｌ１、Ｓｒｌ２、Ｓｒｒ１、Ｓｒｒ２、Ｓｆ與模型垂向相對位移ＳＶｅｒｔｉｃａｌ、俯仰相對位移ＳＰｉｔｃｈ、滾轉(zhuǎn)相對位移ＳＲｏｌｌ存在如下關(guān)系：ＳＶｅｒｔｉｃａｌ＝－Ｓｒｌ１－Ｓｒｌ２＋Ｓｒｒ１－Ｓｒｒ２４－ＳｆＳＰｉｔｃｈ＝Ｓｒｌ１－Ｓｒｌ２＋Ｓｒｒ１－Ｓｒｒ２４－ＳｆＳＲｏｌｌ＝Ｓｒｌ１－Ｓｒｌ２－Ｓｒｒ１＋Ｓｒｒ２烅烄烆２（７）采用比例控制?ＳＶｅｒｔｉｃａｌ＝－ＫＶＳＶｅｒｔｉｃａｌ?ＳＰｉｔｃｈ＝－ＫＰＳＶｅｒｔｉｃａｌ?ＳＲｏｌｌ＝－ＫＲＳ烅烄烆Ｒｏｌｌ（８）圖４控制系統(tǒng)示意圖Ｆｉｇ．４Ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｄｉａｇｒａｍ式中：ＫＶ、ＫＰ、ＫＲ為垂向、俯仰、滾轉(zhuǎn)通道的控制參數(shù)；第２個(gè)方程右端中的－ＫＰＳＶｅｒｔｉｃａｌ體現(xiàn)了通過調(diào)整俯仰，進(jìn)而改變氣動(dòng)力

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Efficient modeling of cable-pulley system with friction based on arbitrary-Lagrangian-Eulerian approach[J]. Yun PENG,Yadong WEI,Ming ZHOU.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2017(12)
[2]跨聲速風(fēng)洞全模顫振試驗(yàn)技術(shù)[J]. 路波,呂彬彬,羅建國,余立,楊興華,郭洪濤,曾開春.  航空學(xué)報(bào). 2015(04)
[3]某戰(zhàn)斗機(jī)高速全模顫振風(fēng)洞試驗(yàn)研究[J]. 郭洪濤,路波,余立,楊興華,羅建國,呂彬彬.  航空學(xué)報(bào). 2012(10)
[4]跨聲速風(fēng)洞全模顫振試驗(yàn)懸浮支撐系統(tǒng)[J]. 路波,楊興華,羅建國,郭洪濤,余立,芮偉,周洪.  實(shí)驗(yàn)流體力學(xué). 2009(03)



本文編號：3363862