铰矩天平固定方式及预紧力矩对其测量影响的研究CSCD

铰矩天平在静态校准和风洞试验两种状态下的支撑、连接不一致导致铰矩天平使用公式变化。通过对铰矩天平带模型静态校准,对铰矩天平公式进行修正,提高铰链力矩天平测量准确度,减小气动载荷计算误差。利用天平静态校准和有限元分析相结合的方法,研究铰链力矩天平在不同的固定端几何尺寸和紧固螺栓预紧力下,铰链力矩天平接触应力的变化和分布规律,并分析其对铰链力矩天平测量元主系数的影响,得出改善天平性能的两个重要结论,为今后设计铰链力矩天平提供决策性依据。     

燃气舵测力精度分析方法

根据燃气舵与液体火箭发动机在地面试验的实际情况,叙述测量燃气舵的升力、阻力和铰链力矩的精度分析方法。     

基于指端6维力传感器的接触点测量算法研究

在硬手指接触模型下应用6维力传感器测量值计算接触点位置时,有可能出现无解现象.针对这一问题,分析和证明了硬手指和软手指接触模型下解的存在性和相容性,指出当测量力和力矩正交时,硬手指算法有实根,且符合相容性,反之则不然.当测量力和力矩非正交时,对任意非零接触力旋量,软手指算法存在唯一实数解.因此在实际测量过程中,可通过判断测量力和力矩是否正交,作为选择使用两种算法的依据,以确保测量结果和控制系统稳定可靠.通过实验对上述方法进行了验证.      

大变形柔性铰链的静刚度分析及应用

大变形柔性铰链可由弹性较大的橡胶材料制成,而橡胶材料的应变-应力关系不符合胡克定律,其关系可由应变-能量函数关系式导出,为此,采用Mooney-Rivlin模型对形变能量函数进行简化,通过适当选取材料常数的比值,对其非线性的应力-应变关系进行分段线性化,导出圆角型柔性铰链在大变形时转角刚度的近似计算公式.通过有限元仿真对近似计算公式进行了验证.在此基础上,应用大变形柔性铰链构造扑翼式微型飞行器中的柔性胸腔,由转动电机作为驱动器,利用柔性铰链的变形实现翅膀的扇翅运动,实际应用效果表明可有效增大扇翅角并提高能量利用率.     

飞行员头盔夜视镜系统气流吹袭性能研究

开展飞行员头盔夜视镜系统的高速气流吹袭试验，研究其气动特性和作用在人体颈椎上的力，评价其对弹射救生安全性的影响，为头盔夜视镜系统的设计和使用提供依据。采用高速气流吹袭台（敞开式风洞）吹袭的试验方法，将弹射座椅固定在吹袭台喷口前的台架上，试验假人（HYBRID Ⅱ型假人）端正地放置在弹射座椅上，试验假人穿抗荷服，佩戴头盔、夜视镜、供氧面罩。以850 km/h的吹袭速度作为试验的起点，按照试验设计确定的原则依次调整吹袭速度。夜视镜分下位（工作）和上位（非工作）2个状态进行试验，用高速摄像机记录头盔夜视镜在吹袭时的佩戴状态，测量试验假人颈椎下端的力和力矩。高速摄像机、力和力矩测量系统用高速气流吹袭台设定的时间基准同步测量。共进行了10发试验，其中5发试验夜视镜从头盔上吹脱，5发未吹脱；获得了各次试验中假人颈椎的受力曲线及夜视镜吹脱的时刻和轨迹。按照试验合格判据，吹袭速度均未超过850 km/h。头盔加装夜视镜后，相比头盔不加装夜视镜，气流吹袭性能下降，吹袭速度800 km/h以上颈椎力矩超标，700 km/h为临界点，600 km/h合格。建议将头盔夜视镜系统的气流吹袭性能包线限制在600 km/h以内。      

飞轮用轴承组件摩擦力矩特性研究

轴承组件是飞轮中最重要和最关键的部件之一,其摩擦力矩的大小和波动量直接影响飞轮产品的性能.采用研制的摩擦力矩测试仪对轴承组件的启动摩擦力矩和低速摩擦力矩进行了测试,并进行了理论分析.试验结果表明:启动摩擦力矩较大的轴承组件在工作转速下的电流也较大,但并不成严格的比例关系;轴承组件的启动摩擦力矩随预载的增加而增加,并且在试验范围内呈线性变化趋势;随着转速的增加,轴承组件摩擦力矩的测试值存在两个极小值点,现有理论公式没有预测出该两点,相同转速下,组件处于升速时的摩擦力矩大于组件处于降速时的摩擦力矩.     

基于一维传感器的四维力测试平台设计与分析

利用一维力/力矩传感器设计可以测量升力、滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩的四维测试平台.通过将3个相同的拉压力传感器并联,并利用万向节作连接件,解决了多维传感器的维间耦合误差问题,可以将3个传感器输出的力通过解耦矩阵准确无误地计算出2个力矩和1个力,从原理上完全解耦,提高了多维传感器的精度.同时此种安装方式结构简单,方便拆卸.分析了测试台的各种误差来源,并求解出误差传递函数,计算出由机械平台水平度和传感器安装误差给测试平台带来的系统误差不超过0.5%,同时分析了传感器测量精度对测试系统随机误差的影响,并计算了使用某型号传感器时的随机误差对系统整体误差的影响,验证了该方案的高精度性.     

转动副临界角分析及其在四连杆机构中的应用

滑动配合条件下,转动副（R副）通过接触面间的相对滑动提供一个转动自由度。由于接触面间的摩擦和间隙共同作用,R副会在一个小的摆角范围内发生自锁,这一摆角将在机构平衡时带来连杆长度误差和连杆偏角误差。本文指出了R副中临界角的存在,讨论了使得R副实现自锁的临界角范围,在考虑接触变形和不考虑接触变形2种条件下对临界角进行了计算,并以一平面四连杆机构作为应用算例,综合对比了铰链间隙、接触变形和摩擦因素对所在连杆机构输出精度的影响。算例结果表明,在一般的精度计算中铰链间隙及连杆弹性变形起主要影响作用,铰链本身的接触变形量可忽略。      

不赫特假设的修正(薄壁桿件自由扭转问题)

在薄壁桿件自由扭转问题中,不赫特曾假设沿壁厚度的剪应力均匀分布,即是说略去薄膜类似中抛物线部分。 本工作根据任意剖面桿件自由扭转问题中满足于平衡连续二条件的一般应力函数微分方程式,加上薄壁剖面桿件的特点:“只假设沿壁厚度剪应力是平行於它的中心线切线,并不假设这些剪应力大小相等”来研究不赫特所略去的部分。 根据上述特点,抽出典型的微剖面作为研究对象,导出沿厚度的应力函数的变化情况,从而概括出整个剖面上应力函数的分布规律。从薄膜类似的形象,观察出不赫特所略去的抛物线部分,乃是圣维那(Saint-Venent)所考虑的扭转部分。 依照剪应力与应力函数间的关系,论证得剖面上剪应力是不赫特部分剪应力与圣维那部分剪应力之总和。前者系纵剖面间相对剪切时,弹性变形受到限制所产生,后者系横剖面间相对旋转时,弹性变形受到限制所产生。 从开口闭口薄壁剖面桿件的相互转化关系上,建立起旋转与翘曲的依存观念,肯定在自由扭转中,不赫特部分与圣维那部分统一在一起,最后对不赫特假设提供出修正值,作为补充。并论证这一个修正值可以推广应用到任何多联自由扭转薄壁桿件。     

空间可展开天线铰链热变形分析与试验验证

在轨热变形是影响空间可展开天线精度的关键因素之一,因此,空间可展开天线结构的在轨热变形分析具有十分重要的意义。随着空间探测任务要求的不断提高,铰链热变形对空间可展开天线指向精度的影响已经不可忽略。以某空间可展开天线的根部铰链和臂间铰链为研究对象,建立其有限元模型,计算铰链主弯方向和侧弯方向在温度每变化10℃时相对角度的变化。基于高低温箱和电子经纬仪构建铰链精度测试系统,开展铰链热变形试验。试验结果表明：根部铰链和臂间铰链在主弯方向和侧弯方向呈现纯结构热变形特性,仿真结果与试验分析结果基本一致,验证有限元模型和试验分析方法的正确性。根据铰链主弯和侧弯方向角度相对变化,评估热变形对铰链变形的影响。该建模和试验分析方法可为同类型空间可展开天线设计、分析和优化及类似可展开机构精度影响因素的分析提供参考。     

磁悬浮飞轮微振动特性及其主动振动控制方法研究

为了进一步减小磁悬浮飞轮的振动力和力矩,建立并分析了一种特殊结构的磁悬浮飞轮的微振动模型,并利用微振动测量平台、数据采集分析硬件和软件,通过试验测量了磁悬浮飞轮6个自由度的振动力和力矩.分析其时域特性和频域特性,其振动特性图(瀑布图)显示了径向两个平动方向X和Y的振动力主要是同频分量、倍频分量以及模态量,其中同频分量较为明显.利用开闭环自适应陷波,分别对X、Y两个方向的振动力进行主动振动控制,取得了较好的控制效果,使得两个方向的振动力的同频量显著下降.     

小型磁悬浮CMG高速转子动框架效应前馈补偿与实验

磁悬浮控制力矩陀螺是航天器快速姿态控制与快速机动的新型空间执行机构。由于动框架效应,框架转动输出力矩反作用于飞轮转子,会导致磁轴承的径向载荷和控制电流发生改变。为抑制动框架效应对磁浮转子的影响,在分析力矩输出时高速磁浮转子受力特性的基础上,采用角速率前馈控制策略实现对动框架效应引发的力矩扰动的有效抑制,并在所研制的75Nms立式小型磁悬浮控制力矩陀螺上进行了整机输出特性测试。试验结果表明：该方法能在保证磁浮转子高速稳定的前提下有效抑制动框架效应,满足整机力矩输出的要求。     

空间机器人加注机构碰撞力建模与柔顺控制

为削弱在轨加注过程中主被动端碰撞冲击对空间机器人的影响,提出了基于力/位混合的柔顺控制律。首先通过第二类拉格朗日方程建立了漂浮基座空间机器人一般运动学模型和考虑环境接触的动力学模型。其次,设计了杆-锥式”加注主被动端装置,根据主被动端的接触特点,建立了点面接触的碰撞动力学模型,并给出相应的碰撞力计算方法。接着,将加注对接问题转化为以基座为参考系的末端运动控制问题,得到了机械臂关节期望运动规律,进而设计了位置环控制律;根据加注主被动端的位置关系计算得到碰撞力,进而设计了力/力矩环控制律,结合顺应选择矩阵最终得到力/位混合控制器,以减小杆锥对接时碰撞对空间机器人基座及末端的冲击影响。最后,仿真结果表明,对接方向的位置误差由初始值降至零,对接过程碰撞产生的力不超过10N,满足末端工具冲击承载。各关节角度变化平缓,关节力矩不超过13Nm,满足机械臂关节力矩最小承载,所设计的控制器使得加注主被动端完成柔顺对接。     

无反作用力矩空间机器人轨迹跟踪控制

针对目前关节驱动方式的不足,提出一种采用无反作用力矩驱动方式的空间机器人设计概念。系统平台与各节机械臂上均安装一组金字塔构型的控制力矩陀螺（CMGs）作为力矩执行机构,各臂间由自由球铰连接。采用Rodriguez参数描述平台姿态和机械臂角位移,利用Kane方程建立系统动力学模型。在此基础上,设计了渐近稳定的轨迹跟踪控制律,使得平台姿态和机械臂角位移跟踪期望运动轨迹;并设计了CMGs操纵律,使之准确输出期望控制力矩。此外,研究了机械臂工作空间到关节空间的轨迹规划算法,使得所设计的控制律也可应用于工作空间的轨迹跟踪控制。由三关节系统的仿真结果,验证了无反作用力矩设计概念的可行性和轨迹规划算法的有效性。     

弹性薄壁桿件的平衡理论

本文应用连续修正的概念来处理弹性薄壁桿件的平衡问题。在理论上讨论了它的精确解和在实用上得到了它高度近似的近似解。最后把这一方法推广到斜支持的桿件(后掠机翼)上去。 本文是在作者的导师苏联专家和王德荣教授的指导下完成的,谨向他们表示深切的谢意。     

基于小波的反作用轮力矩测量系统校准

将反作用轮实时输出力矩值由力矩测量系统采集引入卫星半物理闭环仿真试验是一种更为优越的闭环仿真新方法。但由于仿真过程中,存在持续的外力矩干扰引入仿真控制闭环,导致半物理仿真试验无法长时间准确运行。为解决这一问题,结合实验数据分析,确定了力矩测量系统为半物理仿真试验外力矩干扰来源,并结合小波阈值滤波原理分别使用实时小波滤波方法和基于小波去噪的均值滤波算法对力矩测量系统初始及过程中产生的外力矩干扰进行消除,使测量系统得以准确校准。最后,将此方法应用于半物理闭环仿真试验中,取得了良好的效果。     

飞机的气动伺服弹性横侧向风洞试验研究

通过飞机模型的气动伺服弹性横侧向风洞试验验证飞机气动伺服弹性稳定性,及稳定裕度分析方法的可靠性.对试验模型,试验子系统,实现试验的方法及试验结果进行了讨论.在模型试验技术上,如模型的支持系统,有关控制律的相似方法,液压控制系统,试验的计算机控制等都作了详细的论述.试验的结果可应用于飞机工程实际,它表明目前的气动伺服弹性分析方法是可信的,并将在进一步研究中改进.      

菱形连翼布局俯仰力矩非线性特性数值分析

采用数值模拟和理论分析相结合的方法,对高空长航时(HALE)菱形连翼布局无人机(UAV)的俯仰力矩非线性特性进行了研究。研究结果显示菱形连翼布局飞机具有2个明显的俯仰力矩非线性区域并存在上仰现象。通过采用湍动能来表示后翼受前翼尾流直接扫掠而导致的流场结构改变的强度和影响范围来解释其中一个俯仰力矩非线性区域出现的原因。通过分析前后翼流场分离的特性来解释出现另一个俯仰力矩非线性区域和力矩上仰的原因。研究了总体布局参数变化对菱形连翼布局无人机俯仰力矩特性的影响,结果显示通过调整总体布局参数可以有效地缓解俯仰力矩特性曲线非线性对飞行性能带来的影响。     

气动负载模拟器的多余力矩分析

为了分析气动负载模拟器中多余力的形成及影响因素,介绍了气动负载模拟器的工作原理、结构框图及实验平台,推导了气动负载模拟器的数学模型,并通过实验和仿真对比模型进行了验证。采用线性化方法定性分析了影响气动负载模拟器多余力的3个因素——被动压差、惯性力矩以及摩擦力矩。采用非线性仿真定量分析了该3个因素分别对气动负载模拟器的多余力矩的影响。得出了在气动伺服加载系统中,摩擦力矩是引起系统多余力矩的重要因素。     

考虑弹体柔性振荡的全捷联导引头制导信息提取

随着拦截导弹弹体长细比的增加和直接侧向力的作用，拦截导弹上全捷联导引头量测信息严重受到弹体弹性振荡和控制力矩激励的影响，从而造成导弹制导精度的下降。针对现有惯导安装在弹体质心附近的振荡波腹处无法敏感导引头振荡的不足，提出了一种在导引头安装微机电陀螺器件测量振荡角速率，构造差分观测量的新状态模型，通过交互式多模型的容积卡尔曼滤波算法实现对视线角速度的解耦和精确提取。通过构建导弹六自由度制导与控制仿真模型，采用蒙特卡洛打靶仿真验证了算法的有效性。仿真结果表明模型重构后的滤波算法可以将弹体振荡的均方根误差压缩到0.5°以内并有效跟踪弹目视线角速率。