本發(fā)明涉及一種飛行器模擬器，具體涉及一種格柵舵飛行器的二自由度模擬器。

背景技術(shù)：

飛行器是控制學(xué)科常用的控制對象。飛行器具有非線性、強(qiáng)耦合等特性，并且由于通常有螺旋槳的存在，為系統(tǒng)又引入了空氣動力的因素。所以很多控制領(lǐng)域的學(xué)者熱衷于研究此系統(tǒng)，并將設(shè)計(jì)出的控制律應(yīng)用到系統(tǒng)上。

格柵舵是目前用于控制火箭在大氣空間內(nèi)的飛行姿態(tài)的比較流行的做法。柵格舵作為一種非常規(guī)的空間升力面，是由眾多薄的柵格壁鑲嵌在邊框內(nèi)組成的蜂窩式結(jié)構(gòu)，可在保持飛行器總體尺寸基本不變的情況下，獲得很大的升力面積，同時柵格舵鉸鏈力矩很小，相應(yīng)的舵機(jī)功率減小，有利于減輕運(yùn)載火箭的發(fā)射質(zhì)量，已被成功地運(yùn)用在多種導(dǎo)彈和火箭上作為姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)與制造格柵舵飛行器之前，需要通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M的方法對格柵舵飛行器的動力學(xué)模型以及各種空氣動力環(huán)境下的氣動力響應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證，在此過程中需要使用相應(yīng)的模擬器。在本發(fā)明之前，沒有出現(xiàn)類似的專門用于格柵舵飛行器的二自由度模擬器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決設(shè)計(jì)與制造格柵舵飛行器之前，需要通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M的方法對格柵舵飛行器的動力學(xué)模型以及各種空氣動力環(huán)境下的氣動力響應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證，在此過程中需要使用相應(yīng)的模擬器，而目前還沒有專門用于格柵舵飛行器的二自由度模擬器的問題，而提出一種格柵舵飛行器的二自由度模擬器。

本發(fā)明的一種格柵舵飛行器的二自由度模擬器，其組成包括風(fēng)機(jī)、桶形風(fēng)道、測試體、Y轉(zhuǎn)環(huán)、X轉(zhuǎn)環(huán)、長連桿、兩個短連桿和六個軸承座，測試體包括支撐體、頂蓋、整流罩、配重塊、連接機(jī)構(gòu)、四個伺服電和四個格柵舵，頂蓋和整流罩分別固定在支撐體的上下端，整流罩內(nèi)部設(shè)有一條沿軸線方向的絲杠，配重塊與絲杠螺紋連接，四個伺服電沿同一圓周均布設(shè)置支撐體中，且每個伺服電固定在支撐體上，四個格柵舵設(shè)置在支撐體外，四個格柵舵與四個伺服電一一對應(yīng)，格柵舵固定在相對應(yīng)的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，連接機(jī)構(gòu)設(shè)置在支撐體內(nèi)部的底板上，連接機(jī)構(gòu)上設(shè)有橫向通孔，桶形風(fēng)道的下端與風(fēng)機(jī)的上端固連在一起，X轉(zhuǎn)環(huán)沿桶形風(fēng)道的內(nèi)壁設(shè)置，Y轉(zhuǎn)環(huán)的直徑小于X轉(zhuǎn)環(huán)的直徑，Y轉(zhuǎn)環(huán)設(shè)置在X轉(zhuǎn)環(huán)中，Y轉(zhuǎn)環(huán)與X轉(zhuǎn)環(huán)設(shè)置在同一水平面內(nèi)，四個軸承座沿同一圓周均布設(shè)置在Y轉(zhuǎn)環(huán)的上端面上，兩個軸承座沿同一圓周均布設(shè)置在X轉(zhuǎn)環(huán)的上端面上，測試體設(shè)置在Y轉(zhuǎn)環(huán)中，支撐體上設(shè)有與橫向通孔正對的通過孔，長連桿穿過橫向通孔和兩個通過孔，且長連桿的兩端與Y轉(zhuǎn)環(huán)上兩個相對的軸承座連接，Y轉(zhuǎn)環(huán)上另兩個相對的軸承座與X轉(zhuǎn)環(huán)上的兩個軸承座一一對應(yīng)，且短連桿的一端與Y轉(zhuǎn)環(huán)上的軸承座連接，短連桿的另一端與X轉(zhuǎn)環(huán)上的軸承座連接。

本發(fā)明具有以下有益效果：

一、本發(fā)明通過環(huán)架結(jié)構(gòu)(包括Y轉(zhuǎn)環(huán)、X轉(zhuǎn)環(huán)、長連桿、兩個短連桿和六個軸承座)實(shí)現(xiàn)測試體的在空間內(nèi)的二自由度運(yùn)動。

二、本發(fā)明通過風(fēng)機(jī)在桶形風(fēng)道中產(chǎn)生不同速度、可以按照一定數(shù)學(xué)規(guī)律變化(如正弦規(guī)律)的空氣流動以模擬不同的空氣動力環(huán)境。

三、本發(fā)明通過控制四個伺服電機(jī)驅(qū)動格柵舵來控制測試體在不同空氣動力環(huán)境中的運(yùn)動。

四、本發(fā)明以四個格柵舵的旋轉(zhuǎn)角和測試體的空間姿態(tài)角為原始數(shù)據(jù)，解算出格柵舵飛行器的原始動力學(xué)模型以及設(shè)置控制器后的校正動力學(xué)模型。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；

圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主剖視圖；

圖3是圖2的E-E剖視圖；

圖4是本發(fā)明的分解立體圖；

圖5是Y轉(zhuǎn)環(huán)6與X轉(zhuǎn)環(huán)7相對轉(zhuǎn)動的立體圖；

圖6是測試體3的主剖視圖；

圖7是圖6的A-A剖視圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1～圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括風(fēng)機(jī)1、桶形風(fēng)道2、測試體3、Y轉(zhuǎn)環(huán)6、X轉(zhuǎn)環(huán)7、長連桿8、兩個短連桿5和六個軸承座4，

測試體3包括支撐體9、頂蓋10、整流罩11、配重塊12、連接機(jī)構(gòu)13、四個伺服電14和四個格柵舵15，頂蓋10和整流罩11分別固定在支撐體9的上下端，整流罩11內(nèi)部設(shè)有一條沿軸線方向的絲杠16，配重塊12與絲杠16螺紋連接，四個伺服電14沿同一圓周均布設(shè)置支撐體9中，且每個伺服電14固定在支撐體9上，四個格柵舵15設(shè)置在支撐體9外，四個格柵舵15與四個伺服電14一一對應(yīng)，格柵舵15固定在相對應(yīng)的伺服電機(jī)14的轉(zhuǎn)軸上，格柵舵15可以隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，連接機(jī)構(gòu)13設(shè)置在支撐體9內(nèi)部的底板上，連接機(jī)構(gòu)13上設(shè)有橫向通孔13-1，

桶形風(fēng)道2的下端與風(fēng)機(jī)1的上端固連在一起，X轉(zhuǎn)環(huán)7沿桶形風(fēng)道2的內(nèi)壁設(shè)置，桶形風(fēng)道2的側(cè)壁上有連接孔，用于連接X轉(zhuǎn)環(huán)7，Y轉(zhuǎn)環(huán)6的直徑小于X轉(zhuǎn)環(huán)7的直徑，Y轉(zhuǎn)環(huán)6設(shè)置在X轉(zhuǎn)環(huán)7中，Y轉(zhuǎn)環(huán)6與X轉(zhuǎn)環(huán)7設(shè)置在同一水平面內(nèi)，四個軸承座4沿同一圓周均布設(shè)置在Y轉(zhuǎn)環(huán)6的上端面上，兩個軸承座4沿同一圓周均布設(shè)置在X轉(zhuǎn)環(huán)7的上端面上，測試體3設(shè)置在Y轉(zhuǎn)環(huán)6中，支撐體9上設(shè)有與橫向通孔13-1正對的通過孔9-1，長連桿8穿過橫向通孔13-1和兩個通過孔9-1，且長連桿8的兩端與Y轉(zhuǎn)環(huán)6上兩個相對的軸承座4連接，長連桿8可以在軸承座4內(nèi)的自由轉(zhuǎn)動，見圖5，Y轉(zhuǎn)環(huán)6上另兩個相對的軸承座4與X轉(zhuǎn)環(huán)7上的兩個軸承座4一一對應(yīng)，且短連桿5的一端與Y轉(zhuǎn)環(huán)6上的軸承座4連接，短連桿5的另一端與X轉(zhuǎn)環(huán)7上的軸承座4連接，短連桿5可以在軸承座4內(nèi)的自由轉(zhuǎn)動，見圖5。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖2和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的Y轉(zhuǎn)環(huán)6的厚度與X轉(zhuǎn)環(huán)7的厚度相同。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的Y轉(zhuǎn)環(huán)6由四個弧形板依次插接而成。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的X轉(zhuǎn)環(huán)7由四個弧形板依次插接而成。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式三相同。

具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式三不同的是它還增加有兩個增量式光電碼盤16，任意一個短連桿5上安裝一個增量式光電碼盤16，長連桿8上安裝一個增量式光電碼盤16。增量式光電碼盤16用于測量測試體3的姿態(tài)變化。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式三相同。

具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖6和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式三不同的是它還增加有姿態(tài)傳感器17，姿態(tài)傳感器17固裝在頂蓋10的內(nèi)部中央處。姿態(tài)傳感器17具有陀螺儀功能，用于獲取測試體3實(shí)時的姿態(tài)變化。如此設(shè)置，能將機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量，滿足實(shí)際試驗(yàn)運(yùn)行的需要。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式三相同。

本發(fā)明的工作原理：

本發(fā)明通過風(fēng)機(jī)1在桶形風(fēng)道2內(nèi)產(chǎn)生的空氣流動模擬空氣動力環(huán)境，操縱測試體3上的舵機(jī)轉(zhuǎn)角以改變格柵舵15的轉(zhuǎn)角，從而產(chǎn)生相應(yīng)的氣動力使測試體3在環(huán)架結(jié)構(gòu)的約束下繞環(huán)架中心運(yùn)動，進(jìn)而模擬格柵舵飛行器在空間中的運(yùn)動情況。在此過程中，舵機(jī)的轉(zhuǎn)角為系統(tǒng)輸入量，測試體3的姿態(tài)數(shù)據(jù)為系統(tǒng)輸出量，通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以解算得到系統(tǒng)的動力學(xué)模型。在此測試體原始模型的基礎(chǔ)上添加控制器，進(jìn)行與上述過程相同的實(shí)驗(yàn)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對姿態(tài)控制算法和控制率的驗(yàn)證。