一種5自由度風洞試驗模型支撐平臺的建模與仿真研究.pdf

1、風洞試驗是研制新型飛行器必不可少的重要環(huán)節(jié)。每一種新型飛行器的研制都需要在風洞中進行大量的試驗，飛行器進行風洞試驗離不開模型支撐系統(tǒng)，而支撐系統(tǒng)是提高試驗結(jié)果可信度的關鍵。簡單的風洞模擬試驗只能滿足一般性能要求的飛行器進行試驗模擬，但對于具有高性能要求的飛行器，其已無法滿足試驗需求，原因是對具有高性能要求的飛行器來說，不僅要在試驗臺導引下做復雜的運動，而且能夠在各種制約條件下實現(xiàn)合理的構(gòu)型選擇。傳統(tǒng)的風洞試驗模型支撐裝置通常采用串聯(lián)機構(gòu)

2、，其機構(gòu)自由度的數(shù)量取決于相應的移動軸與旋轉(zhuǎn)軸的數(shù)量。目前這類風洞試驗裝置的大部分僅限于實現(xiàn)最多不超過3自由度的運動?？紤]到自由度相同的情況下，與串聯(lián)機構(gòu)相比較而言，并聯(lián)機構(gòu)的剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力強、影響速度快、運動慣量小、精度高等優(yōu)點。因此為了克服串聯(lián)型支撐平臺自身的不足，并且充分利用并聯(lián)型支撐平臺自身的優(yōu)點，以及能使物體繞虛擬中心轉(zhuǎn)動的要求，本文提出了一種5自由度風洞試驗模型支撐平臺，此平臺不僅能夠?qū)б矬w繞虛擬中心做三維定點

3、轉(zhuǎn)動，而且集串聯(lián)機構(gòu)和并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點于一身。本文從對其構(gòu)型的確定展開，對模型支撐平臺的運動學正反解、雅克比矩陣、工作空間、考慮構(gòu)件柔性等幾方面進行了分析和仿真，為其速度、加速度、動力學分析以及其樣機的確定提供了理論依據(jù)。
　　本文首先以試驗模型在風洞試驗中所需的支撐裝置作為切入點，分別對國內(nèi)和國外最具有代表性的混聯(lián)機構(gòu)進行了分析說明。接著，基于對串聯(lián)機構(gòu)和并聯(lián)機構(gòu)取其精華，去其糟粕的理念，確定了模型支撐平臺的構(gòu)型，并對其運行原理進

4、行了分析;依據(jù)模型支撐平臺的布局特點，基于閉環(huán)矢量法建立模型支撐平臺各支鏈的約束方程，對模型支撐平臺進行位置分析;按照所建立的約束方程，借助于直接求導法和微分變換法求解模型支撐平臺的雅克比矩陣;根據(jù)支撐平臺各支鏈的約束條件，以MATLAB軟件為輔助工具，采用極限邊界搜索法，繪制出支撐平臺的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對工作空間影響的圖譜。最后，考慮到輕質(zhì)、細長桿件在高速、重載的工作條件下高速運動時表現(xiàn)出剛性機構(gòu)所沒有的柔性性能，此柔性性能可能會引起桿件