[發明專利]一種格柵舵飛行器的二自由度模擬器

有效

• 申請號: 201611237910.7
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106781830B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 張立憲;沈俊楠;韓睿;聶良;寧澤鵬;張瑞先;韓銘昊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G09B9/10
• 分類號: G09B9/10;G09B9/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 遲芳

一種格柵舵飛行器的二自由度模擬器，它涉及一種飛行器模擬器。桶形風道與風機固連，X轉環沿桶形風道的內壁設置，Y轉環的直徑小于X轉環的直徑，Y轉環設置在X轉環中，Y轉環與X轉環設置在同一水平面內，四個軸承座沿同一圓周均布設置在Y轉環的上端面上，兩個軸承座沿同一圓周均布設置在X轉環的上端面上，測試體設置在Y轉環中，長連桿穿過橫向通孔和兩個通過孔且長連桿的兩端與Y轉環上兩個相對的軸承座連接，Y轉環上另兩個相對的軸承座與X轉環上的兩個軸承座一一對應，且短連桿的一端與Y轉環上的軸承座連接、另一端與X轉環上的軸承座連接。本發明用于模擬格柵舵飛行器的氣動環境，并且驗證格柵舵飛行器的動力學模型與控制方法。

技術領域

本發明涉及一種飛行器模擬器，具體涉及一種格柵舵飛行器的二自由度模擬器。

背景技術

飛行器是控制學科常用的控制對象。飛行器具有非線性、強耦合等特性，并且由于通常有螺旋槳的存在，為系統又引入了空氣動力的因素。所以很多控制領域的學者熱衷于研究此系統，并將設計出的控制律應用到系統上。

格柵舵是目前用于控制火箭在大氣空間內的飛行姿態的比較流行的做法。柵格舵作為一種非常規的空間升力面，是由眾多薄的柵格壁鑲嵌在邊框內組成的蜂窩式結構，可在保持飛行器總體尺寸基本不變的情況下，獲得很大的升力面積，同時柵格舵鉸鏈力矩很小，相應的舵機功率減小，有利于減輕運載火箭的發射質量，已被成功地運用在多種導彈和火箭上作為姿態控制執行機構。在設計與制造格柵舵飛行器之前，需要通過實驗模擬的方法對格柵舵飛行器的動力學模型以及各種空氣動力環境下的氣動力響應進行驗證，在此過程中需要使用相應的模擬器。在本發明之前，沒有出現類似的專門用于格柵舵飛行器的二自由度模擬器。

發明內容

本發明為解決設計與制造格柵舵飛行器之前，需要通過實驗模擬的方法對格柵舵飛行器的動力學模型以及各種空氣動力環境下的氣動力響應進行驗證，在此過程中需要使用相應的模擬器，而目前還沒有專門用于格柵舵飛行器的二自由度模擬器的問題，而提出一種格柵舵飛行器的二自由度模擬器。

本發明的一種格柵舵飛行器的二自由度模擬器，其組成包括風機、桶形風道、測試體、Y轉環、X轉環、長連桿、兩個短連桿和六個軸承座，測試體包括支撐體、頂蓋、整流罩、配重塊、連接機構、四個伺服電機和四個格柵舵，頂蓋和整流罩分別固定在支撐體的上下端，整流罩內部設有一條沿軸線方向的絲杠，配重塊與絲杠螺紋連接，四個伺服電機沿同一圓周均布設置支撐體中，且每個伺服電機固定在支撐體上，四個格柵舵設置在支撐體外，四個格柵舵與四個伺服電機一一對應，格柵舵固定在相對應的伺服電機的轉軸上，連接機構設置在支撐體內部的底板上，連接機構上設有橫向通孔，桶形風道的下端與風機的上端固連在一起，X轉環沿桶形風道的內壁設置，Y轉環的直徑小于X轉環的直徑，Y轉環設置在X轉環中，Y轉環與X轉環設置在同一水平面內，四個軸承座沿同一圓周均布設置在Y轉環的上端面上，兩個軸承座沿同一圓周均布設置在X轉環的上端面上，測試體設置在Y轉環中，支撐體上設有與橫向通孔正對的通過孔，長連桿穿過橫向通孔和兩個通過孔，且長連桿的兩端與Y轉環上兩個相對的軸承座連接，Y轉環上另兩個相對的軸承座與X轉環上的兩個軸承座一一對應，且短連桿的一端與Y轉環上的軸承座連接，短連桿的另一端與X轉環上的軸承座連接。

本發明具有以下有益效果：

一、本發明通過環架結構(包括Y轉環、X轉環、長連桿、兩個短連桿和六個軸承座)實現測試體的在空間內的二自由度運動。

二、本發明通過風機在桶形風道中產生不同速度、可以按照一定數學規律變化(如正弦規律)的空氣流動以模擬不同的空氣動力環境。

三、本發明通過控制四個伺服電機驅動格柵舵來控制測試體在不同空氣動力環境中的運動。

四、本發明以四個格柵舵的旋轉角和測試體的空間姿態角為原始數據，解算出格柵舵飛行器的原始動力學模型以及設置控制器后的校正動力學模型。

附圖說明