[發明專利]一種磁流變液負載模擬器及其結構參數設計方法

有效

• 申請號: 201510067417.4
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104677661B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 葉兆虹;孫躍;蘇玉剛;戴欣;王智慧;唐春森
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙)50216
• 代理人: 陳千

技術領域

本發明涉及負載模擬器，具體涉及一種磁流變液負載模擬器及其結構參數設計方法。

背景技術

負載模擬器是在實驗室條件下，模擬飛行器在飛行過程中所受空氣阻尼力矩的半實物仿真裝置。它主要是給新型導彈、運載火箭等飛行器的舵機系統實施阻尼加載，是一個典型的力矩伺服控制系統，在仿真實驗過程中模擬空氣阻尼力矩，并對舵機系統進行實時加載。舵機系統在進行角位移伺服控制時承受負載模擬器系統對其施加的阻尼力矩。根據兩者在模擬仿真試驗中承擔的不同角色，將負載模擬器系統稱為加載系統，將舵機系統稱為承載系統。負載模擬器主要是接收控制計算機發出的控制信號，輸出飛行器在飛行過程中舵機受到的空氣阻尼力矩，實時對飛行器舵機施加阻尼載荷，并且通過扭矩傳感器測量、反饋實際的加載力矩，實現閉環控制，其獲取實驗仿真數據的過程簡單、速度快、可靠性高，并且可以重復試驗，而且不需要像實彈打靶實驗那樣破壞很多實驗設備，可謂大大節省時間、精力和財力，并且安全系數高，其優越性遠遠超過早期的全實物試驗，已經成為各種航天、航空飛行器以及新型武器研發過程中所必備的實驗設備，使其受到越來越多的重視。

目前社會上較多的是采用半主動控制的電液負載模擬器和采用主動控制的電動負載模擬器。由于電液負載模擬器的使用要求較高(合適溫度、高電壓、低污染等)，以致電流變液負載模擬器受到了限制，而基于電動負載模擬器的主動控制系統需要提供給控制系統巨大的能量。

隨著智能材料研制的不斷進步，新型智能材料—磁流變液，在克服沉降等問題后，迅速發展成為當今智能材料研究的熱門。利用磁流變液研制的負載模擬器性能優良，其屈服強度大、對溫度和雜質不敏感、結構簡單等優點得到了廣泛認可。磁流變液負載模擬器不僅擁有被動控制裝置的穩定性與簡單性，而且可以接近甚至基本達到了主動控制系統的控制效果，具有遠優于被動控制系統的廣泛的適應性和有效性。同時，磁流變液負載模擬器本質上依然是阻尼設備，其工作過程完全不會向受控對象輸入能量，不存在導致結構失衡的風險，且在特殊情況下，即便失去能源供應，依然能夠進行有效的被動控制，具有優良的故障安全性能，因而在穩定性及可靠性方面遠遠優于主動控制裝置。

發明內容

本申請通過提供一種磁流變液負載模擬器及其結構參數設計方法，模擬三種基本的負載：恒功率、恒轉矩和通風機負載，利用導磁環和隔磁環的組合形成曲線形磁通路徑，在不增大負載模擬器體積的情況下增大了阻尼力矩；同時采用磁流變液的自密封技術，解決現有技術中采用O型密封圈密封磁流變液引起的負載模擬器零磁場阻尼力矩增加，以及長時間運行導致密封圈過度磨損而造成的密封性降低的技術問題。

為解決上述技術問題，本申請采用以下技術方案予以實現：

本發明設計的負載模擬器需要模擬出三種基本負載：恒轉矩、恒功率、通風機負載，因此本發明選用旋轉式負載模擬器結構。旋轉式負載模擬器可分為圓盤式和圓筒式兩種，由于圓盤式負載模擬器的勵磁線圈設置筒缸的缸體上，以致增加了其徑向尺寸，而圓筒式負載模擬器將勵磁線圈設置在了負載模擬器內部，使其結構更加緊湊，在相同阻尼轉矩輸出的情況下，圓筒型旋轉負載模擬器更加小巧，因此本發明將采用旋轉圓筒式磁流變液負載模擬器，是一種基于剪切式工作模式的負載模擬器。

一種磁流變液負載模擬器，包括缸筒、設置在所述缸筒內部的阻尼圓筒、與所述阻尼圓筒連接的傳動軸以及繞制在所述阻尼圓筒上的勵磁線圈，所述傳動軸分別從所述缸筒的兩端向外伸出，在所述缸筒與阻尼圓筒的工作間隙內填充有磁流變液，在缸筒的兩端還設置有用于密封所述磁流變液的密封機構，其關鍵在于：所述阻尼圓筒與所述缸筒的側壁均由導磁材料制成，所述缸筒的兩個端壁由隔磁材料制成，在所述缸筒的側壁上設置有N個外隔磁環，N為大于或等于1的整數，在所述阻尼圓筒上的勵磁線圈外側套設有N+1個內隔磁環，且所述N+1個內隔磁環緊貼所述勵磁線圈并與所述N個外隔磁環錯落分布，使得所述勵磁線圈形成曲線形磁通路徑。