CN101929915B - 基于混联机构的风洞大攻角动态实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于混联机构的风洞大攻角动态实验装置，属飞行器实验装置。包括基座(1)、三条运动链(3)、动平台(9)；还包括弯刀(8)、第一主动转动关节(5)、末端执行器(6)、第二主动转动关节(7)；弯刀(8)的一端通过第一主动转动关节(5)安装于动平台(9)上，末端执行器(6)通过第二主动转动关节(7)安装于弯刀的另一端；上述第一主动转动关节的旋转轴垂直于动平台，第二主动转动关节的旋转轴平行于动平台，末端执行器(6)自身的体轴与第二主动转动关节的旋转轴重合。利用三自由度平面并联机构和串联的两自由度转动装置，完成绕飞行器上某固定点的空间三自由度转动。运动空间大、结构简单、成本低、容易实施。
Description
技术领域
本发明属于一种飞行器实验装置，特别涉及绕飞行器上某固定点实现三自由度转动的风洞大攻角动态实验装置。
背景技术
新一代飞行器要求具有较高的敏捷性和机动能力。为了研究飞行器机动过程中的非定常空气动力，需要在风洞试验技术上有所创新。目前，国内外在大迎角非定常空气动力学领域进行了许多研究，特别是在风洞试验技术方面，已建成了许多模拟战斗机机动飞行的大振幅动态实验装置。如在加拿大宇航研究院3米风洞中公开了一种动态实验装置(见：http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/programs/iar/non-linear.html)；图为美国Stanford大学公开的的一套动态实验装置；俄罗斯中央空气流体动力研究中心也公开了相类似的动态实验装置。这些装置只能实现对模型姿态单自由度的运动控制。Virginia大学公开了的一套可实现两自由度运动的动态实验装置(见：http://www.aoe.vt.edu/research/facilities/dyppir)；南京航空航天大学自行研制了一套可实现俯仰-滚转两自由度运动的动态实验装置(见文献“俯仰-滚转耦合两自由度大振幅非定常实验技术”，南京航空航天大学学报，1999，31(2))。这些装置可以实现对模型姿态的两自由度运动控制。其他还有美国兰利中心3米风洞的动态实验装置，国内627所、29基地等单位也有类似的大振幅动态实验装置。
从这些的实验设备来看，大多数动态实验装置只能实现一个自由度的运动，少数实现了两个自由度的运动，而这些运动机构只能完成简单的简谐振荡运动，并不能真实模拟实际过失速机动飞行时战斗机的复杂运动。
从现有技术来看，与本发明最为接近的实验设备有德国DLR的MPM实验装置(见文献“Ground-based simulation of complex maneuvers of a delta-wing aircraft”， Journal ofAircraft，2008，45(1))。该装置采用的是六自由度并联驱动机构，可以实现对模型姿态的三自由度转动控制，但该运动装置的运动空间比较小，运动机构驱动比较复杂。
在本发明之前，完成绕飞行器上某固定点所能实现的转动最多为单自由度或两个自由度，并且这些装置所采用的多为串联、开链结构，动作响应慢；基于并联机构的模型姿态控制系统运动空间比较小，运动机构驱动复杂。本发明将克服这些缺点，并且具有运动空间大，机构自由度少，结构简单等特点。
发明内容
本发明的目在于提供一种工作空间大且响应速度好，并且控制简便的基于混联机构的风洞大攻角动态实验装置。
一种基于混联机构的风洞大攻角动态实验装置，其特征在于：
该实验装置包括基座、三条运动链、动平台；上述每条运动链均由位于中间的主动式移动副、联于主动式移动副下端的第一从动转动副和联于主动式移动副上端的第二从动转动副组成；第一从动转动副与基座相联，第二从动转动副与动平台相联；基座、动平台以及连接两者的三条运动链共同构成了一个具有两个移动和一个转动自由度的平面并联机构；
该实验装置还包括弯刀、第一主动转动关节、末端执行器、第二主动转动关节；弯刀的一端通过第一主动转动关节安装于动平台上，末端执行器通过第二主动转动关节安装于弯刀的另一端；上述第一主动转动关节的旋转轴垂直于动平台，第二主动转动关节的旋转轴平行于动平台，末端执行器自身的体轴与第二主动转动关节的旋转轴重合。
本发明的特点是：利用三自由度平面并联机构和串联的两自由度转动装置，完成绕飞行器上某固定点的空间三自由度转动。运动空间大、结构简单、成本低、容易实施。
附图说明
图1为本发明绕飞行器上某固定点实现三自由度转动装置的原理图。
图中标号名称：1.基座，2.第一从动转动副，3.主动式移动副，4.第二从动转动副，5.第一主动式转动关节，6.末端执行器，7.第二主动式转动关节，8. 弯刀，9.动平台，MN.第一主动式转动关节的回转轴线，MP.第二主动式转动关节的回转轴线。
具体实施方式
如图1所示，基座1和动平台9通过三条RPR运动链并行连接，这三条运动链在同一平面XOY内或者处于平行于XOY平面的不同平面内，与基座1和动平台9共同构成具有两个移动一个转动的平面三自由度并联机构。三条运动链均为RPR形式的运动链，移动副P为主动关节，具体应用时可以采用液压缸、电推缸或者由电机驱动的丝杠螺母副等实施驱动，两个转动副R为从动副。三条RPR运动链的协调运动可以使动平台在XOY平面内完成两个移动和一个转动工作。
动平台9和弯刀8通过第一主动式转动关节5连接，其回转轴线MN垂直于动平台9，且在XOY平面内。第一主动式转动关节5，实施时可以使用电机或回转液压缸驱动。弯刀8的另一端通过第二主动式转动关节7与末端执行器6连接，第二主动式转动关节7的回转轴线MP与末端执行器6的体轴重合，与第一主动式转动关节5的回转轴线MN垂直相交于M点。第二主动式转动关节，实施时可以使用电机或回转液压缸驱动。该装置可以完成绕末端执行器6上M点的三个转动工作。由于末端执行器6具有一定的长度，因此，转动时将使动平台9产生在XOY平面内两个方向上的位移。
末端执行器6可以在机构所在平面内实现两个方向的移动和空间的三个转动。连接动平台9与基座1的平面三自由度并联机构主要用于补偿由于绕末端执行器6上固定点M转动而使动产生的位移。
Claims (1)
1.一种基于混联机构的风洞大攻角动态实验装置，其特征在于：
该实验装置包括基座(1)、三条运动链、动平台(9)；上述每条运动链均由位于中间的主动式移动副(3)、联于主动式移动副下端的第一从动转动副(2)和联于主动式移动副上端的第二从动转动副(4)组成；第一从动转动副(2)与基座(1)相联，第二从动转动副(4)与动平台(9)相联；基座(1)、动平台(9)以及连接两者的三条运动链共同构成了一个具有两个移动和一个转动自由度的平面并联机构；
该实验装置还包括弯刀(8)、第一主动转动关节(5)、末端执行器(6)、第二主动转动关节(7)；弯刀(8)的一端通过第一主动转动关节(5)安装于动平台(9)上，末端执行器(6)通过第二主动转动关节(7)安装于弯刀的另一端；上述第一主动转动关节的旋转轴垂直于动平台，第二主动转动关节的旋转轴平行于动平台，末端执行器(6)自身的体轴与第二主动转动关节的旋转轴重合。
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