飞行仿真三轴转台的静动力学分析

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1、—————————————————————飞行仿真三轴转台静动力学分析—————————————————————TheStaticandDynamicAnalysisofThree-axisFlightMotionSimulator作者姓名：邓庆东专业名称：机械制造及其自动化指导教师：朱先勇学位类别：学术学位答辩日期：2015年5月30日摘要飞行仿真三轴转台静动力学分析摘要飞行仿真三轴转台是用于在地面模拟飞行器飞行姿态的关键设备，能够模拟飞行器在飞行时的翻滚、俯仰和旋转运动。仿真转台的性能好坏将直接影响到模拟结果准确性和可靠性，对导弹、飞机等飞行器的实际研制工作有具

2、大的影响。因此为研制更高精度、性能更好的飞行器，对仿真转台的研制要求也在逐步提高。本文从飞行仿真三轴转台的静、动态性能出发，按照仿真转台的设计要求制定设计方案。应用有限元分析软件ANSYSWorkbench(AWB)对所设计的仿真转台三维模型进行了静、动力学分析，并对内环结构、中环结构和外环结构三个轴同时运动时产生的彼此之间的动力学耦合进行了解耦工作，以便能够设计出具有更高精度和可靠性的仿真转台。本论文主要进行了以下工作：首先，本文依据仿真转台的基本静态、动态特性指标的对仿真转台的机械台体结构进行设计，选择了仿真转台的结构形式、驱动方式、负载安装方式，并通过查阅资料

3、选择了合适的各轴框架材料，制定了合适的截面方案。同时对仿真转台内环结构、中环结构和外环结构的主要力学载荷进行了计算，选择了仿真转台的轴承和电机等标准件等，轴承采用SKF公司双列角接触球轴承、深沟球轴承和单向推力球轴承，电机采用的是成都精密电机厂的永磁直流力矩电动机。最后选择选用KUEBLERCHINA库佰勒5888多圈绝对式光栅编码器和ADIS16355型MEMS惯性传感器作为仿真转台在工作过程中的速度、加速度与位置的检测元器件。其次，建立了仿真转台的有限元模型，对仿真转台的内环结构、中环结构同时处于水平位置、同时处于竖直位置以及在任意位置时分别进行了静力学分析，得

4、到内环结构、中环结构处于不同位置时各轴框架的变形云图。得知仿真转台在静力条件下的变形较大处主要发生在外框结构U型框架的拐角处。再次，为获得仿真转台的动态特性，对仿真转台进行了模态分析和谐响应分析。其中对仿真转台的模态分析的过程，除了对仿真转台整体模型进行了模态分析外，对内环结构、中环结构和外环结构分别单独进行了模态分析。得到了仿真转台几种情况下的一至六阶模态频率、模态振形和谐响应频率。最后，为了获得较为方便的控制方案，建立了仿真转台三个轴结构的数学模型，应用I吉林大学硕士学位论文解耦定理对仿真转台的数学模型进行了解耦设计。得到了仿真转台的状态方程，经MATLAB验证

5、其是完全解耦的。关键词：三轴转台，静力学分析，模态分析，谐响应分析，动力学耦合IIAbstractTheStaticandDynamicAnalysisofThree-axisFlightMotionSimulatorAbstractThree-AxisFlightMotionSimulatoristhekeyequipmentforsimulatingflightattitudesofaircraftsontheground,whichcouldsimulaterolling,yawingandpitchingmovementofaircrafts.Theperf

6、ormanceofFlightMotionSimulatorwouldnotonlyberelatedtotheaccuracyandreliabilityofsimulationresultsbutalsoaffectthedevelopmentofaircraftssuchasmissilesandplanes.Hence,toresearchandmanufacturehigh-precisionandhigh-performanceaircrafts,thetechnicaldemandofFlightMotionSimulatorhasbeenimprov

7、ed.Inthispaper,wefocusedonthestaticanddynamicperformancesofThree-AxisFlightMotionSimulator.Staticanddynamicanalysisofthree-dimensionalmodelweremadeonfiniteelementanalysissoftwareANSYSWorkbench(AWB).TomaketheFlightMotionSimulatorwithhigheraccuracyandhigherreliability,dynamiccouplingso