一种5自由度风洞试验模型支撑平台的建模与仿真研究

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1、扬州大学硕士学位论文一种5自由度风洞试验模型支撑平台的建模与仿真研究(申请硕士学位)赵兰磊指导教师：陈文家教授扬州大学中华人民共和国，扬州2013年5月摘要风洞试验是研制新型飞行器必不可少的重要环节。每一种新型飞行器的研制都需要在风洞中进行大量的试验，飞行器进行风洞试验离不开模型支撑系统，而支撑系统是提高试验结果可信度的关键。简单的风洞模拟试验只能满足一般性能要求的飞行器进行试验模拟，但对于具有高性能要求的飞行器，其已无法满足试验需求，原因是对具有高性能要求的飞行器来说，不仅要在试验台导引下做复杂的运动

2、，而且能够在各种制约条件下实现合理的构型选择。传统的风洞试验模型支撑装置通常采用串联机构，其机构自由度的数量取决于相应的移动轴与旋转轴的数量。目前这类风洞试验装置的大部分仅限于实现最多不超过3自由度的运动。考虑到自由度相同的情况下，与串联机构相比较而言，并联机构的刚度大、结构稳定、承载能力强、影响速度快、运动惯量小、精度高等优点。因此为了克服串联型支撑平台自身的不足，并且充分利用并联型支撑平台自身的优点，以及能使物体绕虚拟中心转动的要求，本文提出了一种5自由度风洞试验模型支撑平台，此平台不仅能够导引物体

3、绕虚拟中心做三维定点转动，而且集串联机构和并联机构的优点于一身。本文从对其构型的确定展开，对模型支撑平台的运动学正反解、雅克比矩阵、工作空间、考虑构件柔性等几方面进行了分析和仿真，为其速度、加速度、动力学分析以及其样机的确定提供了理论依据。论文首先以试验模型在风洞试验中所需的支撑装置作为切入点，分别对国内和国外最具有代表性的混联机构进行了分析说明。接着，基于对串联机构和并联机构取其精华，去其糟粕的理念，确定了模型支撑平台的构型，并对其运行原理进行了分析；依据模型支撑平台的布局特点，基于闭环矢量法建立模型

4、支撑平台各支链的约束方程，对模型支撑平台进行位置分析；按照所建立的约束方程，借助于直接求导法和微分变换法求解模型支撑平台的雅克比矩阵；根据支撑平台各支链的约束条件，以MATLAB软件为辅助工具，采用极限边界搜索法，绘制出支撑平台的结构尺寸参数对工作空间影响的图谱。最后，考虑到轻质、细长杆件在高速、重载的工作条件下高速运动时表现出刚性机构所没有的柔性性能，此柔性性能可能会引起杆件的弹性变形，从而引起系统的运动误差和弹性振动，因此，为了使此模型支撑平台能具有较好的动力学性能，实现构型最优，并提高样机的分析精

5、度，文中借助于ANSYS软件和ADAMS软件，基于多柔体系统创建的原则，对模型支撑平台的某些部件进行了柔性处理。关键词：风洞试验；运动学；雅克比矩阵；工作空间；混联机构；柔性化ABSTRACTItisanimportantandindispensablepartofthedevelopmentofnewtypesofaircraftforthewilldtunneltest．Developmentofeachnewaircraftneedscarryoutalargenumberoftestsinawi

6、ndtunnel．AircraftachieveswilldtunnelteststhatCannotbeseparatedfromthemodelsupportsystem，andithashighpertinencybetweenthesupportsystemandexperimentalresults．ForthegeneralperformancerequirementsofaircraftCanbesimulatedinthesimplewindtunnelsimulationtest，bu

7、titCannotmeettherequirementsoftheaircraftsimulationwithhighperformancerequirements．Becauseitnotonlyrequirestheabilitytodocomplexmovementsundertheguidanceofthetest，butalsoreasonableconfigurationoptionsCanbeachievedinavarietyofconstraints．Thetraditionalwin

8、dtunneltestmodelsupportingdevicecommonlyusedserialmechanism．Thenumberofdegreesoffreedomoftheserialmechanismdependsonthenumberofthecorrespondingmobileaxisandtherotaryshaft．Atpresent，mostofthewindtunneltestdeviceofthiskindiS