CN111046492A - 一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法 - Google Patents

一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111046492A
CN111046492A CN201911230030.0A CN201911230030A CN111046492A CN 111046492 A CN111046492 A CN 111046492A CN 201911230030 A CN201911230030 A CN 201911230030A CN 111046492 A CN111046492 A CN 111046492A
Authority
CN
China
Prior art keywords
point
same
damping
calculating
rotation center
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911230030.0A
Other languages
English (en)
Inventor
郑禹
张科胜
李康武
李刚
罗明锋
蔡培
郭军
张其军
李立超
李振伟
靳金髋
王晶晶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guizhou Huafeng Electrical Appliances Co ltd
Original Assignee
Guizhou Huafeng Electrical Appliances Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guizhou Huafeng Electrical Appliances Co ltd filed Critical Guizhou Huafeng Electrical Appliances Co ltd
Priority to CN201911230030.0A priority Critical patent/CN111046492A/zh
Publication of CN111046492A publication Critical patent/CN111046492A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

本发明公开了一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法，该方法通过建立系统中所有参与转动的零件三维模型，求出系统刚度，求出当量质量，最后建立有阻尼震荡的数学模型的方法计算阻尼器输出摇臂的阻尼系数。该方法建立了有阻尼振荡的数学模型，提出了一种计算阻尼比的方法。该计算方法能够更好地进行飞行员操纵装置的人感特性设计。

Description

一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法
技术领域
本发明属于机械技术领域，用于对飞行员操纵装置中阻尼比进行计算。
背景技术
随着飞机操纵系统的不断发展，为提高飞机操纵品质和飞行质量，人感特性成为飞行员操纵装置的重点研究方向。为了防止飞行员过快操纵以及模拟机械操纵系统中铰链的摩擦力矩，飞行员操纵装置中加入了阻尼器。
对于飞行员操纵装置的阻尼特性，目前国内外还没有一个系统的学科对其进行研究，以往对阻尼力的研究成果也难以满足目前飞行员操纵装置对人感特性的要求，对飞行员操纵装置开展专项研究显得尤为必要。
发明内容
发明目的
为了更准确的计算飞行员操纵装置的阻尼比，本发明建立了有阻尼振荡的数学模型，并提出了一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法。
发明技术解决方案
一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法，包括如下步骤：
步骤1：建立需计算阻尼比的系统中所有参与转动的零件的三维模型；
步骤2：求出系统刚度，系统刚度就是系统中整个传动系统的刚度，将整个传动系统看作一个线性弹性体，以胡克定律进行计算，以最大操纵力F1，启动力F0，和操纵行程L作为输入，即可计算出系统刚度：
Figure RE-GDA0002407536320000011
步骤3，求出系统的当量质量m：测量出系统绕垂直于地面向上方向的转动惯量，并测量转动惯量和脚蹬T点距离旋转中心的距离，脚蹬T点为脚蹬的操纵施力点，通过如下公式即可得出脚蹬T点的当量质量m：
Figure RE-GDA0002407536320000012
步骤4，对系统建立有阻尼震荡的数学模型。
优选的，步骤1采用三维建模软件CATIA进行三维模型创建。
优选的，步骤3使用三维建模软件CATIA进行测量。
优选的，该方法适用于飞行员操纵装置中飞机驾驶杆和脚蹬的有阻尼震荡的数学模型建立。
优选的，对于脚蹬，步骤1中参与转动的零件包括脚蹬板、摇臂、转轴、连杆。
优选的，对于脚蹬，步骤4的计算过程如下：脚蹬运动过程中，与阻尼相关的4个环节分别是A点：脚蹬T点，B点：旋转中心左侧摇臂，C点：阻尼器摇臂，D点：脚蹬旋转中心；
A点与B点相对于旋转中心D点的力矩相同，则有
TD＝cAωAR1R1＝cBωBR2R2
式中，cA为A点的阻尼系数，ωA为A点的角速度，R1为A点到旋转中心的距离，cB为B点的阻尼系数，ωB为B点的角速度，R2为B点到旋转中心的距离；
B点与C点在同一根连杆上，两端的力相同，可知
F3＝cBωBR2＝cCωCR3
式中，cc为C点的阻尼系数，ωc为C点的角速度，R3为C点到旋转中心的距离；
B点与C点的线速度相同，可知
V＝ωBR2＝ωCR3
A点与B点绕同一旋转中心转动，角速度相同，可知
ωA＝ωB
将式中的cC进行换算，可得
Figure RE-GDA0002407536320000021
根据公式
Figure RE-GDA0002407536320000031
式中ζ为阻尼比，c为阻尼系数，m为当量质量，k为系统刚度可得出A点的阻尼系数
Figure RE-GDA0002407536320000032
则可得出，有阻尼震荡的数学模型为
Figure RE-GDA0002407536320000033
优选的，对于驾驶杆，步骤1中参与转动的零件包括手柄、摇臂、连杆。
优选的，对于驾驶杆，步骤4的计算过程如下：
驾驶杆运动过程中，与阻尼相关的4个环节分别是A点：手柄T点，B点：旋转中心左侧摇臂，C点：阻尼器摇臂，D点：驾驶杆旋转中心；
A点与B点相对于旋转中心D点的力矩相同，则有
TD＝cAωAR1R1＝cBωBR2R2
式中，cA为A点的阻尼系数，ωA为A点的角速度，R1为A点到旋转中心的距离，cB为B点的阻尼系数，ωB为B点的角速度，R2为B点到旋转中心的距离；
B点与C点在同一根连杆上，两端的力相同，可知
F3＝cBωBR2＝cCωCR3
式中，cc为C点的阻尼系数，ωc为C点的角速度，R3为C点到旋转中心的距离
B点与C点的线速度相同，可知
V＝ωBR2＝ωCR3
A点与B点绕同一旋转中心转动，角速度相同，可知
ωA＝ωB
将式中的cC进行换算，可得
Figure RE-GDA0002407536320000034
根据公式
Figure RE-GDA0002407536320000041
式中ζ为阻尼比，c为阻尼系数，m为当量质量，k为系统刚度
可得出
Figure RE-GDA0002407536320000042
则可得出，有阻尼震荡的数学模型为
Figure RE-GDA0002407536320000043
本发明的优点
本发明的优点在于：建立了有阻尼振荡的数学模型，提出了一种计算阻尼比的方法。该计算方法能够更好地进行飞行员操纵装置的人感特性设计。
附图说明
图1为脚蹬运动原理图。
图2为驾驶杆运动原理图。
图中：1-脚蹬T点、A点，2-脚蹬旋转中心、D点，3-载荷机构，4-B点， 5-C点，6-阻尼器，7-手柄T点、A点，8-驾驶杆旋转中心、D点，9-载荷机构，10-B点，11-C点，12-阻尼器。
具体实施方式
实施例1：以脚蹬为例，当飞行员蹬踏脚蹬板时，脚蹬板绕脚蹬中央的旋转中心转动，形成平行四连杆结构，脚蹬旋转中心左侧摇臂与阻尼器摇臂连接，脚蹬旋转中心右侧摇臂与载荷机构连接。阻尼器摇臂绕着阻尼器旋转运动，载荷机构进行伸缩直线运动。
步骤1，建立脚蹬的三维模型，使用三维建模软件CATIA进行创建，建立脚蹬中所有参与转动的零件三维模型，包括脚蹬板、摇臂、转轴、连杆等零部件。
步骤2，需要求出系统刚度。系统刚度就是脚蹬的整个传动系统的刚度，可将整个传动系统看作一个线性弹性体，以胡克定律进行计算，以最大操纵力F1，启动力F0，和操纵行程L作为输入，即可计算出系统刚度。
Figure RE-GDA0002407536320000051
步骤3，求出当量质量m。使用CATIA的惯性矩测量功能可以三维模型上测量出脚蹬绕Z轴(垂直于地面向上方向)的转动惯量，以转动惯量和脚蹬T点距离旋转中心的距离为输入，即可得出脚蹬T点的当量质量m。
Figure RE-GDA0002407536320000052
步骤4，建立有阻尼震荡的数学模型。脚蹬运动过程中，与阻尼相关的4个环节分别是A点：脚蹬T点，B点：脚蹬旋转中心，C点：旋转中心左侧摇臂， D点：阻尼器摇臂。
A点与B点相对于旋转中心D点的力矩相同，则有
TD＝cAωAR1R1＝cBωBR2R2
B点与C点在同一根连杆上，两端的力相同，可知
F3＝cBωBR2＝cCωCR3
B点与C点的线速度相同，可知
V＝ωBR2＝ωCR3
A点与B点绕同一旋转中心转动，角速度相同，可知
ωA＝ωB
将上式中的cC进行换算，可得
Figure RE-GDA0002407536320000053
根据公式
Figure RE-GDA0002407536320000054
可得出
Figure RE-GDA0002407536320000055
则可得出，有阻尼震荡的数学模型为
Figure RE-GDA0002407536320000061
利用有阻尼震荡的数学模型即可计算出对脚蹬的阻尼器输出摇臂的阻尼系数。
实施例2：以驾驶杆为例，当飞行员操纵驾驶杆时，驾驶杆绕手柄下方的旋转中心转动，手柄下方旋转中心左侧摇臂与阻尼器摇臂连接，驾驶杆旋转中心右侧摇臂与载荷机构连接。阻尼器摇臂绕着阻尼器旋转运动，载荷机构进行伸缩直线运动。
步骤1，建立驾驶杆的三维模型，使用三维建模软件CATIA进行创建，建立驾驶杆中所有参与转动的零件三维模型，包括手柄、摇臂、连杆等零部件。
步骤2，需要求出系统(如何定义)刚度。系统刚度就是驾驶杆的整个传动系统的刚度，可将整个传动系统看作一个线性弹性体，以胡克定律进行计算，以最大操纵力F1，启动力F0，和操纵行程L作为输入，即可计算出系统刚度。
Figure RE-GDA0002407536320000062
步骤3，求出当量质量m。使用CATIA的惯性矩测量功能可以三维模型上测量出驾驶杆绕X轴或Y轴(飞机滚转方向或飞机俯仰方向)的转动惯量，以转动惯量和驾驶杆T点距离旋转中心的距离为输入，即可得出驾驶杆T点的当量质量m。
Figure RE-GDA0002407536320000063
步骤4，建立有阻尼震荡的数学模型。驾驶杆运动过程中，与阻尼相关的4 个环节分别是A点：驾驶杆T点，B点：驾驶杆旋转中心，C点：旋转中心左侧摇臂，D点：阻尼器摇臂。
A点与B点相对于旋转中心D点的力矩相同，则有
TD＝cAωAR1R1＝cBωBR2R2
B点与C点在同一根连杆上，两端的力相同，可知
F3＝cBωBR2＝cCωCR3
B点与C点的线速度相同，可知
V＝ωBR2＝ωCR3
A点与B点绕同一旋转中心转动，角速度相同，可知
ωA＝ωB
将上式中的cC进行换算，可得
Figure RE-GDA0002407536320000071
根据公式
Figure RE-GDA0002407536320000072
可得出
Figure RE-GDA0002407536320000073
则可得出，有阻尼震荡的数学模型为
Figure RE-GDA0002407536320000074
利用有阻尼震荡的数学模型即可计算出对驾驶杆的阻尼器输出摇臂的阻尼系数。

Claims (8)

1.一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：建立需计算阻尼比的系统中所有参与转动的零件的三维模型；
步骤2：求出系统刚度，系统刚度就是系统中整个传动系统的刚度，将整个传动系统看作一个线性弹性体，以胡克定律进行计算，以最大操纵力F1，启动力F0，和操纵行程L作为输入，即可计算出系统刚度：
Figure FDA0002303279230000011
步骤3，求出系统的当量质量m：测量出系统绕垂直于地面向上方向的转动惯量，并测量转动惯量和脚蹬T点距离旋转中心的距离，脚蹬T点为脚蹬的操纵施力点，通过如下公式即可得出脚蹬T点的当量质量m：
Figure FDA0002303279230000012
步骤4，对系统建立有阻尼震荡的数学模型。
2.如权利要求1所述的一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法，其特征在于，步骤1采用三维建模软件CATIA进行三维模型创建。
3.如权利要求1所述的一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法，其特征在于，步骤3使用三维建模软件CATIA进行测量。
4.如权利要求1所述的一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法，其特征在于，该方法适用于飞行员操纵装置中飞机驾驶杆和脚蹬的有阻尼震荡的数学模型建立。
5.如权利要求4所述的一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法，其特征在于，对于脚蹬，步骤1中参与转动的零件包括脚蹬板、摇臂、转轴、连杆。
6.如权利要求4所述的一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法，其特征在于，对于脚蹬，步骤4的计算过程如下：
脚蹬运动过程中，与阻尼相关的4个环节分别是A点：脚蹬T点，B点：旋转中心左侧摇臂，C点：阻尼器摇臂，D点：脚蹬旋转中心；
A点与B点相对于旋转中心D点的力矩相同，则有
TD＝cAωAR1R1-cBωBR2R2
式中，cA为A点的阻尼系数，ωA为A点的角速度，R1为A点到旋转中心的距离，cB为B点的阻尼系数，ωB为B点的角速度，R2为B点到旋转中心的距离；
B点与C点在同一根连杆上，两端的力相同，可知
F3＝c3ωBR2＝cCωCR3
式中，cc为C点的阻尼系数，ωc为C点的角速度，R3为C点到旋转中心的距离；
B点与C点的线速度相同，可知
V＝ωBR2＝ωCR3
A点与B点绕同一旋转中心转动，角速度相同，可知
ωA＝ωB
将式中的cC进行换算，可得
Figure FDA0002303279230000021
根据公式
Figure FDA0002303279230000022
式中ζ为阻尼比，c为阻尼系数，m为当量质量，k为系统刚度
可得出A点的阻尼系数
Figure FDA0002303279230000023
则可得出，有阻尼震荡的数学模型为
Figure FDA0002303279230000024
7.如权利要求4所述的一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法，其特征在于，对于驾驶杆，步骤1中参与转动的零件包括手柄、摇臂、连杆。
8.如权利要求4所述的一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法，其特征在于，对于驾驶杆，步骤4的计算过程如下：
驾驶杆运动过程中，与阻尼相关的4个环节分别是A点：手柄T点，B点：旋转中心左侧摇臂，C点：阻尼器摇臂，D点：驾驶杆旋转中心；
A点与B点相对于旋转中心D点的力矩相同，则有
TD＝cAωAR1R1＝cBωBR2R2
式中，cA为A点的阻尼系数，ωA为A点的角速度，R1为A点到旋转中心的距离，cB为B点的阻尼系数，ωB为B点的角速度，R2为B点到旋转中心的距离
B点与C点在同一根连杆上，两端的力相同，可知
F3＝c3ωBR2＝cCωCR3
式中，cc为C点的阻尼系数，ωc为C点的角速度，R3为C点到旋转中心的距离
B点与C点的线速度相同，可知
V＝ωBR2＝ωCR3
A点与B点绕同一旋转中心转动，角速度相同，可知
ωA＝ωB
将式中的cC进行换算，可得
Figure FDA0002303279230000031
根据公式
Figure FDA0002303279230000032
式中ζ为阻尼比，c为阻尼系数，m为当量质量，k为系统刚度
可得出
Figure FDA0002303279230000033
则可得出，有阻尼震荡的数学模型为
Figure FDA0002303279230000034
CN201911230030.0A 2019-12-04 2019-12-04 一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法 Pending CN111046492A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911230030.0A CN111046492A (zh) 2019-12-04 2019-12-04 一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911230030.0A CN111046492A (zh) 2019-12-04 2019-12-04 一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111046492A true CN111046492A (zh) 2020-04-21

Family

ID=70234676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911230030.0A Pending CN111046492A (zh) 2019-12-04 2019-12-04 一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111046492A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB874746A (en) * 1957-04-05 1961-08-10 Gen Electric Improvements in or relating to angular accelerometers and aircraft control systems embodying them
JP2003006608A (ja) * 2001-06-19 2003-01-10 Seiko Instruments Inc 歩行検出装置
US20030158648A1 (en) * 2002-02-18 2003-08-21 Nissan Motor Co., Ltd. Adaptive cruise control system for vehicle
CN101707021A (zh) * 2009-10-29 2010-05-12 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种教练机电传操纵装置
CN103761899A (zh) * 2013-12-31 2014-04-30 中国人民解放军空军航空大学军事仿真技术研究所 飞行模拟器可逆式操纵负荷系统力感仿真方法
WO2017212482A1 (en) * 2016-06-06 2017-12-14 Yariv Civil Engineering (1989) Ltd. A system for damping movements of a load over a fluctuant watery environment and a vehicle comprising same
CN109376405A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 贵州华烽电器有限公司 一种飞行员操纵装置中传动链系间隙的计算方法
CN109466752A (zh) * 2018-12-05 2019-03-15 兰州飞行控制有限责任公司 一种稳定飞机驾驶杆操纵的装置
CN208827475U (zh) * 2018-08-17 2019-05-07 深圳创维数字技术有限公司 一种同心被动万向轮及具有该万向轮的载体
CN110466604A (zh) * 2019-08-29 2019-11-19 南京林业大学 轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB874746A (en) * 1957-04-05 1961-08-10 Gen Electric Improvements in or relating to angular accelerometers and aircraft control systems embodying them
JP2003006608A (ja) * 2001-06-19 2003-01-10 Seiko Instruments Inc 歩行検出装置
US20030158648A1 (en) * 2002-02-18 2003-08-21 Nissan Motor Co., Ltd. Adaptive cruise control system for vehicle
CN101707021A (zh) * 2009-10-29 2010-05-12 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种教练机电传操纵装置
CN103761899A (zh) * 2013-12-31 2014-04-30 中国人民解放军空军航空大学军事仿真技术研究所 飞行模拟器可逆式操纵负荷系统力感仿真方法
WO2017212482A1 (en) * 2016-06-06 2017-12-14 Yariv Civil Engineering (1989) Ltd. A system for damping movements of a load over a fluctuant watery environment and a vehicle comprising same
CN208827475U (zh) * 2018-08-17 2019-05-07 深圳创维数字技术有限公司 一种同心被动万向轮及具有该万向轮的载体
CN109376405A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 贵州华烽电器有限公司 一种飞行员操纵装置中传动链系间隙的计算方法
CN109466752A (zh) * 2018-12-05 2019-03-15 兰州飞行控制有限责任公司 一种稳定飞机驾驶杆操纵的装置
CN110466604A (zh) * 2019-08-29 2019-11-19 南京林业大学 轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王晓波: "飞行模拟器电动操纵负荷系统参数辨识与控制研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107544261A (zh) 不确定环境接触下的可重构机器人分散学习最优控制方法
CN104723341A (zh) 基于连接和阻尼配置的柔性关节机械臂的位置控制方法
CN110405762A (zh) 一种基于空间二阶倒立摆模型的双足机器人姿态控制方法
CN103253385B (zh) 一种空间六自由度受控与失重模拟装置
CN105999695B (zh) 一种仿真驾驶游戏车辆体感驱动模拟系统
JP5946767B2 (ja) 触覚フィードバックにより特有の動きを模擬する方法および該方法を実行する装置
CN110394784B (zh) 一种应用于钢琴教学的机械手欠驱动结构及设计方法
CN112528408B (zh) 一种直升机旋翼与机身耦合稳定性建模方法
Nakashima et al. Clarification of unsteady fluid forces acting on limbs in swimming using an underwater robot arm (development of an underwater robot arm and measurement of fluid forces)
CN107292054A (zh) 一种复杂船舶推进轴系扭转振动特性分析方法
CN111524412B (zh) 一种叉车模拟驾驶真实体感实现系统与方法
CN104658361A (zh) 一种半实物仿真驾舱
CN104062054B (zh) 一种动量轮低转速贫信息条件下的力矩测量方法
JP6596229B2 (ja) シミュレータ
CN111046492A (zh) 一种飞行员操纵装置中阻尼比的计算方法
CN110909438A (zh) 一种基于动力学模型的轻载关节型并联机器人控制方法
CN108170155B (zh) 一种三自由度直升机的被动容错控制方法
CN109276878A (zh) 一种辅助动感平台运动参数调节方法及装置
JP7175446B2 (ja) タイヤ試験装置のタイヤ駆動制御装置
Huang et al. Posture and vibration control based on virtual suspension model using sliding mode control for six-legged walking robot
Chen et al. On the motion of a reconstructed ancient Chinese wooden horse carriage
Rølvåg Using finite element modelling and simulations to test MotoGP race bikes
CN106855466A (zh) 一种单自由度大柔性负载模拟器
CN202609026U (zh) 集滑雪划船模拟运动于一体的纯机械多功能娱乐车
Chen et al. Study of interactive bike simulator in application of virtual reality

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20240112