CN103761898B - 一种飞行模拟器的运动平台台体的一体化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种飞行模拟器的运动平台台体的一体化设计方法，运动平台台体连接下虎克铰、执行机构后构成的运动平台整个体系进行一体化设计；采用一体化振动模态分析和强度分析，克服了安全余量过大的问题。采用镂空减重孔的结构钢板及镂空竹节箱型体钢梁，质量轻、质心低、转动惯量小、刚度大、成本低。省去必须在台体上放置配套的载荷平台。7000X7000mm2的平台台体的振动一阶模态的固有频率大于25Hz，台体重量只有3.5吨，质心高度为300mm,对质心的转动惯量可以达到:MX=4478.283kgxm2, My=5427.378kgxm2 ,Mz=9594.054kgxm2，大大提高了六自由度运动平台动态性能。
Description
技术领域
本发明提供了一种飞行模拟器的运动平台台体及一体化设计方法，同时提供了用有镂空减重孔的结构钢板为组件的大型台体的一体化设计方法。
背景技术
运动平台的台体作为运动系统的载荷构件，是飞行模拟器的重要组成部分。以往研制的飞行模拟器的运动平台台体是采用槽钢焊接的桁架结构的台体。由于其自身质量大，动态性差，在向飞行员提供大过载或高频抖振时，会出现飞行模拟器显示系统准直反射镜变形和系统谐振情况。另一种飞行模拟器的运动平台台体是采用薄壁方管桁架为骨架的薄壁方箱结构的轻质高刚度大型飞行模拟器的运动平台台体。该台体作为承载平台并安装在上平台上。这种结构，虽在一定程度上解决了槽钢焊接的桁架结构的台体的上述问题，但还存在设计复杂、制造工艺复杂、精度难以保证、成本高、质心位置高及转动惯量大等缺点。上述飞行模拟器的运动平台台体在使用时，台体的下表面通过虎克铰与执行机构连接，台体的上表面还必须在其上放置一个配套的载荷平台，该载荷平台为载荷构件提供安装面，这就更增加了整个运动平台的质量，动态性差会变得更差。
因此，如何既能解决上述问题，又能使大型飞行模拟器运动平台台体质量轻、刚度大，动态性好，则是大型飞行模拟器运动平台台体追求的目标。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题，本发明提供了一种飞行模拟器的运动平台台体的一体化设计方法。所述的行模拟器的运动平台台体的一体化设计方法是：对所述的运动平台台体连接下虎克铰、执行机构后构成模拟器的运动平台整个体系进行一体化设计；
（1）确定飞行模拟器的运动平台台体水平投影形状：
飞行模拟器的运动平台台体的水平投影形状要满足执行机构，上虎克铰，下虎克铰以及载荷构件安装的几何要素要求和力学要素的要求；执行机构，上虎克铰、下虎克铰安装的几何要素，根据执行机构的最大行程和底位长度以及六自由度运动平台的三个线位移，三个转动指标确定；载荷构件安装的几何要素由模拟器显示系统及座舱系统提供；上述构件的力学要素决定构成飞行模拟器的运动平台台体的各梁的位置；
（2）构造飞行模拟器的运动平台台体：
对组成飞行模拟器的运动平台台体的各镂空竹节箱型体钢梁，按整个运动平台最小强度要求，确定各镂空竹节箱型体钢梁的结构、材料和尺寸，初步构造飞行模拟器的运动平台台体；
（3）按强度要求完善运动平台台体结构：
应用Ansyss对初步构造的飞行模拟器的运动平台台体进行强度分析，对飞行模拟器的运动平台台体的强度薄弱点部位，采用在对应的镂空竹节结构的上盖板和下盖板上免去减重孔、增加竖隔板、增加撑角板的方法进行拓扑设计，使飞行模拟器的运动平台台体的强度处处接近相等，并根据飞行模拟器的运动平台台体满足强度要求的具体技术指标，对有镂空减重孔的结构钢板的断面尺寸进行调整，直至满足飞行模拟器的运动平台台体的强度要求为止；
（4）对飞行模拟器的运动平台台体进行振动模态分析：
应用Ansyss对包括经上述步骤确定的飞行模拟器的运动平台台体、执行机构，上虎克铰，下虎克铰，载荷构件进行振动模态分析，得出飞行模拟器的运动平台台体前5阶振动模态，要求一阶振动频率不小于22Hz；如不满足要求，重新对飞行模拟器的运动平台台体的相应部位进行加强，直至满足振动模态要求为止；
所述的一体化设计方法设计并制成的一种飞行模拟器的运动平台台体，是由周边梁和内支撑梁焊接成的台体；所述的周边梁就是构成飞行模拟器的运动平台台体周边的梁；内支撑梁就是置于周边梁内并与周边梁焊接的梁，对周边梁起支撑和增加平台台体强度的作用；组成周边梁和内支撑梁的钢板均有镂空减重孔；运动平台台体的上端面有与载荷构件固定接口，下端面有与执行机构固定接口；
所述的周边梁和内支撑梁均是用有镂空减重孔的上盖板、下盖板、左侧板、右侧板焊接了竖隔板组成的镂空竹节箱型体钢梁；
为了加强为了加强镂空竹节箱型体钢梁强度，在相邻的竖隔板之间焊接横隔板；横隔板沿下盖板的上表面的纵向中心线焊接于下盖板的上表面，还与上盖板焊接；
为了加强强度，所述的左侧板、右侧板优选槽型板；
为了加强强度，还可以在要加强强度处焊接等腰梯形的撑角板。
飞行模拟器的运动平台台体的水平投影形状为多边形、圆形或椭圆形。
飞行模拟器的运动平台台体的下面通过虎克铰与执行机构连接，上面为载荷构件提供安装面。
飞行模拟器的运动平台台体的下面通过虎克铰与执行机构连接，上面为载荷构件提供安装面。
有益效果：本发明提供了一种飞行模拟器的运动平台台体的一体化设计方法，所述的运动平台台体连接下虎克铰、执行机构后构成模拟器的运动平台整个体系进行一体化设计；采用有镂空减重孔的结构钢板及其组成的镂空竹节箱型体钢梁，制成了一种飞行模拟器的运动平台台体。该运动平台台体省去了必须在其上放置一个配套的载荷平台，该运动平台台体的质量轻、质心位置低、转动惯量小、刚度大，并且，制造方便、制造精度容易保证、成本低。
本发明提供的一种飞行模拟器的运动平台台体的一体化设计方法，采用对虎克铰、执行机构、运动平台台体，载荷构件进行一体化振动模态分析和强度分析，克服了以往只对运动平台台体进行振动模态分析和强度分析，可能产生的整体结构谐振的问题和运动平台台体强度局部安全余量过大的问题。
事实证明，本发明的一体化设计方法科学有效，使运动平台台体设计过程简单容易。
本发明的一体化设计方法设计并制成的7000X7000mm2的飞行模拟器的运动平台台体的振动一阶模态的固有频率大于25Hz，台体重量只有3.5吨，质心高度为300mm,对质心的转动惯量可以达到:MX=4478.283kgxm2, My=5427.378kgxm2 ,Mz=9594.054kgxm2，大大提高了六自由度运动平台动态性能。
附图说明
图1是用本发明设计方法设计并制成的飞行模拟器的运动平台台体结构示意图的俯视图。
图2是本发明的飞行模拟器的的运动平台台体的左梁结构示意图的主视图放大图。
图3是本发明的飞行模拟器的运动平台台体的左梁结构示意图的俯视图放大图。
图4是本发明的飞行模拟器的运动平台台体的左侧板的示意图的主视图放大图。
图5 是本发明的飞行模拟器的运动平台台体的左侧板的示意图的侧视图。
图6 是本发明的飞行模拟器的运动平台台体的上盖板的示意图的俯视图放大图。
图7 是本发明的飞行模拟器的运动平台台体的横隔板的示意图。
图8 是本发明的飞行模拟器的运动平台台体的竖隔板的示意图放大图。
图9是本发明的飞行模拟器的运动平台台体的撑角板示意图放大图。
图10是本发明的飞行模拟器的运动平台台体焊接横隔板和竖隔板示意图。
图11是本发明的飞行模拟器的运动平台台体定位焊接左、右侧板示意图。
图12是本发明的飞行模拟器的运动平台台体焊接上盖板从而完成测梁的焊接示意图。
具体实施方式
实施例1 一种飞行模拟器的运动平台台体的一体化设计方法，包括以下步骤和条件：
所述的行模拟器的运动平台台体的一体化设计方法是：对所述的运动平台台体连接下虎克铰、执行机构后构成模拟器的运动平台整个体系进行一体化设计；
（1）初步确定飞行模拟器的运动平台台体水平投影形状：
飞行模拟器的运动平台台体的水平投影形状要满足执行机构，上虎克铰，下虎克铰以及载荷构件安装的几何要素要求和力学要素的要求；执行机构，上虎克铰、下虎克铰安装的几何要素，根据执行机构的最大行程和底位长度以及六自由度运动平台的三个线位移，三个转动指标确定；载荷构件安装的几何要素由模拟器显示系统及座舱系统提供；上述构件的力学要素决定构成飞行模拟器的运动平台台体的各梁的位置；
（2）初步构造飞行模拟器的运动平台台体：
对组成飞行模拟器的运动平台台体的各镂空竹节箱型体钢梁，按整个运动平台最小强度要求，确定各镂空竹节箱型体钢梁的结构、材料和尺寸，初步构造飞行模拟器的运动平台台体；
（3）按强度要求完善运动平台台体结构：
应用Ansyss对初步构造的飞行模拟器的运动平台台体进行强度分析，对飞行模拟器的运动平台台体的强度薄弱点部位，采用在对应的镂空竹节结构的上盖板和下盖板上免去减重孔、增加竖隔板、增加撑角板的方法进行拓扑设计，使飞行模拟器的运动平台台体的强度处处接近相等，并根据飞行模拟器的运动平台台体满足强度要求的具体技术指标，对有镂空减重孔的结构钢板的断面尺寸进行调整，直至满足飞行模拟器的运动平台台体的强度要求为止；
（4）对飞行模拟器的运动平台台体进行振动模态分析：
应用Ansyss对包括经上述步骤确定的飞行模拟器的运动平台台体、执行机构，上虎克铰，下虎克铰，载荷构件进行振动模态分析，得出飞行模拟器的运动平台台体前5阶振动模态，要求一阶振动频率不小于22Hz；如不满足要求，重新对飞行模拟器的运动平台台体的相应部位进行加强，直至满足振动模态要求为止；
如图1-12所示，所述的一体化设计方法设计并制成的一种飞行模拟器的运动平台台体，飞行模拟器的运动平台台体的水平投影形状为矩形，其是由周边梁和内支撑梁焊接成的台体；组成周边梁和内支撑梁的钢板均有镂空减重孔；运动平台台体的上端面有与载荷构件固定接口，下端面有与执行机构固定接口；
所述的周边梁是由前梁1、后梁3、左梁4和右梁5构成；内支撑梁是由中梁2、左斜梁6和右斜梁7构成；
所述的周边梁和内支撑梁均是用上盖板8、下盖板9、左侧板10、右侧板11焊接了竖隔板13组成的镂空竹节箱型体钢梁；
左梁4、右梁5置于前梁1、后梁3之间，分别与前梁1、后梁3两端焊接组成一个矩形的周边梁；中梁2靠近前梁1，平行于前梁1、后梁3且与左梁4、右梁5焊接；左斜梁6、右斜梁7置于中梁2、后梁3之间，左斜梁6、右斜梁7的一端相互接触焊接在后梁3内侧面的中心，左斜梁6、右斜梁7的另一端分别焊接在中梁2两端，中梁2、左斜梁6、右斜梁7形成一个以中梁2为底边，左斜梁6、右斜梁7为腰的等腰三角形的梁结构体，对矩形的周边梁起支撑和增加强度的作用；
所述的周边梁和内支撑梁均是在长方形的下盖板9的上表面平行于宽焊接竖隔板13，竖隔板13还与上盖板8、左侧板10、右侧板11均焊接，起加强筋板作用；
所述的上盖板8、下盖板9相同；左侧板10、右侧板11相同；
为了加强为了加强镂空竹节箱型体钢梁强度，在相邻的竖隔板13之间焊接横隔板12；横隔板12沿下盖板9的上表面的纵向中心线焊接于下盖板9的上表面，还与上盖板8焊接；
为了加强强度，所述的长方形的左侧板10、右侧板11选槽型板；
为了加强强度，在要加强强度处焊接等腰梯形的撑角板14。
运动平台台体的上端面有与载荷构件固定接口，下端面有与执行机构固定接口；
飞行模拟器的运动平台台体的下面通过虎克铰与执行机构连接，上面为载荷构件提供安装面。
本实施例的一体化设计方法设计并制成的面积为7000X7000mm2的一种飞行模拟器的运动平台台体。经检测，该运动平台台体振动一阶模态的固有频率大于25Hz，台体重量只有3.5吨，质心高度为300mm, 对质心的转动惯量可以达到:MX=4478.283kgxm2, My=5427.378kgxm2 , Mz=9594.054kgxm2，大大提高了六自由度的飞行模拟器的运动平台台体的动态性能。
Claims (1)
1.一种飞行模拟器的运动平台台体的一体化设计方法，其特征在于，包括以下步骤和条件：对所述的运动平台台体连接下虎克铰、执行机构后构成模拟器的运动平台整个体系进行一体化设计；
（1）确定飞行模拟器的运动平台台体水平投影形状：
飞行模拟器的运动平台台体的水平投影形状要满足执行机构，上虎克铰，下虎克铰以及载荷构件安装的几何要素要求和力学要素的要求；执行机构，上虎克铰、下虎克铰安装的几何要素，根据执行机构的最大行程和底位长度以及六自由度运动平台的三个线位移，三个转动指标确定；载荷构件安装的几何要素由模拟器显示系统及座舱系统提供；上述构件的力学要素决定构成飞行模拟器的运动平台台体的各梁的位置；
（2）构造飞行模拟器的运动平台台体：
对组成飞行模拟器的运动平台台体的各镂空竹节箱型体钢梁，按整个运动平台最小强度要求，确定各镂空竹节箱型体钢梁的结构、材料和尺寸，初步构造飞行模拟器的运动平台台体；
（3）按强度要求完善运动平台台体结构：
应用Ansyss对初步构造的飞行模拟器的运动平台台体进行强度分析，对飞行模拟器的运动平台台体的强度薄弱点部位，采用在对应的镂空竹节结构的上盖板和下盖板上免去减重孔、增加竖隔板、增加撑角板的方法进行拓扑设计，使飞行模拟器的运动平台台体的强度处处接近相等，并根据飞行模拟器的运动平台台体满足强度要求的具体技术指标，对有镂空减重孔的结构钢板的断面尺寸进行调整，直至满足飞行模拟器的运动平台台体的强度要求为止；
（4）对飞行模拟器的运动平台台体进行振动模态分析：
应用Ansyss对包括经上述步骤确定的飞行模拟器的运动平台台体、执行机构，上虎克铰，下虎克铰，载荷构件进行振动模态分析，得出飞行模拟器的运动平台台体前5阶振动模态，要求一阶振动频率不小于22Hz；如不满足要求，重新对飞行模拟器的运动平台台体的相应部位进行加强，直至满足振动模态要求为止；
所述的一种飞行模拟器的运动平台台体的一体化设计方法设计的一种飞行模拟器的运动平台台体，水平投影形状为矩形，其是由周边梁和内支撑梁焊接成的台体；组成周边梁和内支撑梁的钢板均有镂空减重孔；
所述的周边梁是由前梁（1）、后梁（3）、左梁（4）和右梁（5）构成；内支撑梁是由中梁（2）、左斜梁（6）和右斜梁（7）构成；
所述的周边梁和内支撑梁均是用上盖板（8）、下盖板（9）、左侧板（10）、右侧板（11）焊接了竖隔板（13）组成的镂空竹节箱型体钢梁；
左梁（4）、右梁（5）于前梁（1）、后梁（3）之间，分别与前梁（1）、后梁（3）两端焊接组成一个矩形的周边梁；中梁（2）靠近前梁（1），平行于前梁（1）、后梁（3）且与左梁（4）、右梁（5）焊接；左斜梁（6）、右斜梁（7）置于中梁（2）、后梁（3）之间，左斜梁（6）、右斜梁（7）的一端相互接触焊接在后梁（3）内侧面的中心，左斜梁（6）、右斜梁（7）的另一端分别焊接在中梁（2）两端，中梁（2）、左斜梁（6）、右斜梁（7）形成一个以中梁（2）为底边，左斜梁（6）、右斜梁（7）为腰的等腰三角形的梁结构体；
在相邻的竖隔板（13）之间焊接横隔板（12）；横隔板（12）沿下盖板（9）的上表面的纵向中心线焊接于下盖板（9）的上表面，还与上盖板（8）焊接；
在要加强强度处焊接等腰梯形的撑角板（14）；
运动平台台体的上端面有与载荷构件固定接口，下端面有与执行机构固定接口。
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