CN103048152A - 一种瞬间启动的发射飞行二维过载环境模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瞬间启动的发射飞行二维过载环境模拟试验系统，包括助推设备(1)、主轴调速系统(2)、二维加速度矢量分配系统(3)、主转臂(4)；助推设备(1)用于在发射过程的地面模拟试验中，助推主转臂(4)，实现主转臂(4)瞬间启动，在0.2秒内产生试件(32)要求的发射轴向加速度；本发明采用气动、火药、弹簧等方式控制助推设备在200ms内发射，助推主转臂，实现瞬间启动；然后通过调速电机和电磁离合器，控制主转臂达到稳定转速，完成发射环境的模拟。本发明通过二维加速度矢量分配系统把主转臂的合成加速度分配到试件的轴向和径向，0.5s内建立所需的稳态径向和轴向加速度，使试件的二维加速度满足飞行环境要求，以模拟二维飞行环境。

Description

一种瞬间启动的发射飞行二维过载环境模拟试验系统

技术领域

本发明涉及飞行器测试和检验系统，尤其涉及的是一种瞬间启动的发射飞行二维过载环境模拟试验系统。

背景技术

火箭、导弹、飞机等飞行器在装备应用之前，必须通过大量的地面试验和仿真试验进行测试和检验。由于半实物仿真试验可以在实验室中多次重复进行，其经济性和实用性越来越突出，在飞行器研制过程中所发挥的作用也越来越重要。先进的仿真技术是飞行器研制以及改进设计的重要手段之一，开展和完善仿真模型可信性的研究对加速其研制定型、性能提高、缩短研制周期、节省人力、节约经费具有重要的意义。

国内外关于飞行器的仿真和试验工作都是通过转台实现的，它是一种复杂的集光机电一体的现代化设备，在航空、航天领域中进行半实物仿真和测试，在飞行器的研制中起着关键的作用。它能够模拟飞行器的各种姿态角运动，复现其运动时的各种动力学特性，对飞行器的制导系统、控制系统以及相应器件的性能进行反复测试，获得充分的试验数据，并以此为依据，对系统进行重新设计和改进，达到总体设计的性能指标要求。但是常规的转台都是通过伺服电机控制试件的角位移、加速度，不能模拟飞行器发射和飞行二维过载环境。对飞行器某些关键部件的测试，国内大都采用离心机来实现，这种方法不能实现瞬间启动和加速度的二维矢量分配，因此不能真实地模拟飞行器的发射和机动飞行过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种瞬间启动的发射飞行二维过载环境模拟试验系统，。

本发明的技术方案如下：

一种瞬间启动的发射飞行二维过载环境模拟试验系统，包括助推设备(1)、主轴调速系统(2)、二维加速度矢量分配系统(3)、主转臂(4)；助推设备(1)用于在发射过程的地面模拟试验中，助推主转臂(4)，实现主转臂(4)瞬间启动，在0.2秒内产生试件(32)要求的发射轴向加速度；

主轴调速系统(2)包括调速电机(21)、减速器(23)、电磁离合器(22)、主转轴(24)，主转臂(4)固定在主转轴(24)上，主轴调速系统(2)用于完成主转臂(4)的转速控制，在发射飞行二维过载环境的地面模拟试验中，提供稳定的转速；

二维加速度矢量分配系统(3)包括控制电机(33)、挠性带(34)、工作台(31)，把试件(32)固定在工作台(31)上，控制电机(33)通过挠性带(34)驱动工作台(31)和试件(32)一起转动，用控制电机(33)控制试件(32)的角位移、运动轨迹及速度，按照预先设定的控制规律，发射时使试件(32)的轴向指向主转臂(4)的合成加速度方向；机动飞行时，把主转臂(4)的合成加速度分解到试件(32)的轴向和径向，0.5s内建立所需的稳态径向和轴向加速度。

本发明技术方案带来的有益效果：

本发明采用气动、火药、弹簧等方式控制助推设备在200ms内发射，助推主转臂，实现瞬间启动；然后通过调速电机和电磁离合器，控制主转臂达到稳定转速，完成发射环境的模拟。本发明通过二维加速度矢量分配系统把主转臂的合成加速度分配到试件的轴向和径向，使试件的二维加速度在0.5s内满足飞行环境要求，以模拟二维飞行环境。

附图说明

图1模拟试验系统的总体结构；

图2模拟试验系统的工作原理，x向为试件的轴向，y向为试件的径向；

图3二维加速度矢量分配系统的结构。

1助推设备，2主轴调速系统，3二维加速度矢量分配系统，4主转臂，21调速电机，22电磁离合器，23减速器，24主轴(含有滑环)，31工作台，32试件，33控制电机，34挠性带；H矢量轴，P法向，Q切向；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

本发明要在实验室环境下实现飞行器发射飞行二维过载环境的地面模拟。

该试验系统包括助推设备1、主轴调速系统2、二维加速度矢量分配系统3、主转臂4，其总体结构如图1所示。

助推设备1用于在发射过程的地面模拟试验中，采用气动或火药或弹簧等助推方式，助推主转臂4，实现主转臂4瞬间启动；

主轴调速系统2包括调速电机21、减速器23、电磁离合器22、主转轴24，主转臂4固定在主转轴24上，主要完成主转臂4的转速控制，在发射飞行二维过载环境的地面模拟试验中，提供稳定的转速；

二维加速度矢量分配系统3结构如图3所示，二维加速度矢量分配系统3包括控制电机33、挠性带34、工作台31，把试件32固定在工作台31上，控制电机33通过挠性带34驱动工作台31和试件32一起转动，因此可以用控制电机33控制试件32的角位移、运动轨迹及速度，按照预先设定的控制规律，发射时使试件32的轴向指向主转臂4的合成加速度方向；机动飞行时，把主转臂4的合成加速度分解到试件32的轴向和径向。因此通过控制电机33控制试件32的角位移、运动轨迹及速度，就可分配试件32的轴向和径向二维矢量加速度，模拟发射飞行二维过载环境。

控制助推设备1发射时的速度，助推主转臂4，在0.2秒内产生试件32要求的发射轴向加速度。同时在二维矢量加速度分配系统3的作用下，调节试件32的矢量轴转角，通过控制电机33控制试件32的角位移、运动轨迹及速度，使其轴向和主转臂的合成加速度方向重合，达到发射加速度要求，而试件32的径向加速度为零，实现瞬间启动。助推完成后，接通电磁离合器22，调速电机21接管主转臂4的控制权，使其以设定的发射加速度稳态运行，发射过程模拟完毕。按照事先设定的控制规律，机动飞行过程的模拟同样需要主轴调速系统2和二维加速度矢量分配系统3相互配合，控制主转臂4的转速，同时二维加速度矢量分配系统3控制试32件的角位移、运动轨迹和速度，把主转臂4的合成加速度分解到试件32的轴向和径向，使试件32两个方向的加速度在0.5s内满足飞行要求，以检验试件的性能指标。

其工作原理示意图如图2所示。

主转臂旋转时，其加速度为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\→}{\mathrm{At}}=r\·\mathrm{d\ω}/\mathrm{dt}\\ \stackrel{\→}{\mathrm{Ar}}=r\·{\mathrm{\ω}}^2\end{array}\right.---\left(1\right)$

其合成加速度为：

$\stackrel{\→}{A}=\stackrel{\→}{\mathrm{At}}+\stackrel{\→}{\mathrm{Ar}}---\left(2\right)$

式中

分别为矢量轴轴心处的切向加速度、法向加速度及合成加速度。

由以上公式可知：主转轴加速过程中，存在法向和切向加速度，但是当转速稳定，主转轴以角速度ω匀速旋转时，主转臂只有法向加速度，而切向加速度为0。因此当主转臂以稳定的角速度旋转时，只要控制试件的轴向指向主转臂的切向，则试件的轴向加速度为0；控制试件的轴向指向主转臂的法向，则试件的轴向加速度为rω²。因此只要通过主轴调速系统控制主转臂的转速达到发射飞行时的加速度要求，通过二维矢量加速度分配系统控制试件的轴向位置，就可控制飞行器的轴向加速度。

飞行器发射过载环境的地面模拟试验主要由主轴调速系统、二维加速度矢量分配系统和助推设备完成。其工作过程是：(1)安装试件，使其初始轴向和主转臂的切向重合；(2)调速电机按照试件的发射加速度要求，先行启动，开始旋转，但是电磁离合器断开，因此只是电机轴在转，而主转臂不转；(3)通过助推设备给主转臂施加旋转助推力，使主转臂在设定的时间内达到所需的加速度，实现瞬间启动。同时二维加速度矢量分配系统控制试件的角位移、运动轨迹及速度，实时适配矢量轴转角，使得试件轴向和主转臂在安装试件处产生的合成加速度方向保持一致，则试件的径向加速度为0，而轴向加速度即为主转臂的合成加速度；(4)电磁离合器接通，调速电机带动主转臂，主轴调速系统维持主转臂的稳定转速n，此时主转臂法向加速度为rω²，而切向加速度为0，二维加速度矢量分配系统控制试件旋转到90度，试件轴向指向主转臂的法向，试件径向指向主转臂的切向，因此试件轴向加速度为设定值，径向加速度为0，完成发射过载环境的地面模拟。

飞行器机动飞行过载环境的地面模拟试验主要由主轴调速系统、二维加速度矢量分配系统完成，此试验过程在发射过程结束之后进行。其工作过程是：(1)通过主轴调速系统增加主转臂的转速n，给试件提供稳定的飞行合成加速度，满足试件飞行过程的合成加速度要求；(2)在加速过程中，主转臂存在法向和切向加速度，因此试件同样存在轴向和径向加速度。按照二维加速度矢量分配原则，通过二维加速度矢量分配系统控制试件矢量轴转角，把主转臂的合成加速度分解到试件的轴向和径向，0.5s内建立所需的稳态径向和轴向加速度，以考核试件的飞行性能。例如：如果试件飞行过程要求试件的轴向加速度为20g，径向加速度为70g，可以计算出试件的合成加速度为

因此可以控制主轴调速系统的转速，使主转臂产生72.8g的合成加速度，然后再通过二维加速度矢量分配系统控制试件旋转74.08度，就可以把72.8g的合成加速度分解为试件的轴向加速度为20g，径向加速度为70g，满足实验要求。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种瞬间启动的发射飞行二维过载环境模拟试验系统，其特征在于，包括助推设备(1)、主轴调速系统(2)、二维加速度矢量分配系统(3)、主转臂(4)；助推设备(1)用于在发射过程的地面模拟试验中，助推主转臂(4)，实现主转臂(4)瞬间启动，在0.2秒内产生试件(32)要求的发射轴向加速度；

主轴调速系统(2)包括调速电机(21)、减速器(23)、电磁离合器(22)、主转轴(24)，主转臂(4)固定在主转轴(24)上，主轴调速系统(2)用于完成主转臂(4)的转速控制，在发射飞行二维过载环境的地面模拟试验中，提供稳定的转速；

二维加速度矢量分配系统(3)包括控制电机(33)、挠性带(34)、工作台(31)，把试件(32)固定在工作台(31)上，控制电机(33)通过挠性带(34)驱动工作台(31)和试件(32)一起转动，用控制电机(33)控制试件(32)的角位移、运动轨迹及速度，按照预先设定的控制规律，发射时使试件(32)的轴向指向主转臂(4)的合成加速度方向；机动飞行时，把主转臂(4)的合成加速度分解到试件(32)的轴向和径向，0.5s内建立所需的稳态径向和轴向加速度。

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