全模顫振風洞試驗需要通過軟支撐系統(tǒng)模擬飛行器的自由飛行狀態(tài)并調整模型姿態(tài)達到配平狀態(tài)。參考NASA雙索懸掛方案,提出了一種兩電機驅動的三索懸掛系統(tǒng),利用后方兩索的同向/反向聯(lián)動實現(xiàn)模型俯仰和滾轉姿態(tài)的調整,利用彈簧剛度以及鋼繩張力設計實現(xiàn)支撐頻率要求。基于柔性多體動力學方法,建立了包括飛行器剛體模型、柔性索、滑輪、彈簧、氣動力模型、伺服電機控制在內的復雜系統(tǒng)動力學模型,其中,利用任意拉格朗日-歐拉（ALE）變長度索單元描述鋼繩,利用不約束物質坐標的索結點約束描述鋼繩與滑輪相互作用,利用索結點物質輸運速度約束描述伺服電機絞盤,利用飛行力學的氣動力模型描述吹風下的氣動力。基于該模型,通過小擾動響應辨識研究了彈簧剛度、鋼繩張力、連接點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)調整能力,俯仰調整范圍達到-12.5°～12.5°,滾轉調整范圍達到-45°～45°。采用滑輪處電位計測量的鋼繩相對位移作為反饋信號,基于設計的控制律利用多體動力學求解器與Simulink對風洞吹風下的姿態(tài)調整過程進行仿真,模型達到配平狀態(tài),獲得了吹風下的索拉力和伺服電機功率,為系統(tǒng)設計提供基礎。 

【文章來源】：航空學報. 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的細密網(wǎng)格，計算量較大。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)點廣義坐標不僅包括節(jié)點的全局坐標ｒ，還包含物質坐標ｐ，即起始點到結點的繩長，如圖２所示。因此，兩節(jié)點索單元的廣義坐標為ｑｃ＝ｒＴ１ｒＴ２ｐ１ｐ［］２（１）式中：下標１、２表示節(jié)點編號。為了描述單元內部任意物質點的位置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，由于邊界物質流動導致ＡＬＥ索單元形函數(shù)的自然坐標ξ是隨時間變化的，因此ＡＬＥ索單元的形函數(shù)也是隨圖２兩節(jié)點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，伺服電機通過收放鋼繩調整模型姿態(tài)，確保模型受到的氣動靜載荷最小，并保證在吹風試驗中模型的姿態(tài)穩(wěn)定，如圖４所示。根據(jù)幾何關系，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、滾轉相對位移ＳＲｏｌｌ存在如下關系：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、滾轉通道的控制參數(shù)；第２個方程右端中的－ＫＰＳＶｅｒｔｉｃａｌ體現(xiàn)了通過調整俯仰，進而改變氣動力

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3363862