空气舵系统频响特性分析及试验研究

摘要

空气舵系统是飞行器调节飞行姿态的关键环节，其频响特性直接关系着舵面对指令信号的快速、准确响应。当空气舵系统高频动作时，由于铰链间隙的存在，舵传动机构中的铰链轴孔之间会发生剧烈的冲击与碰撞。这使得空气舵系统的控制精度降低，导致空气舵系统表现出较差的频响特性，严重时还会对舵传动机构造成破坏。此外，舵面受到的工作载荷和指令幅值大小的变化也会改变空气舵系统的动态特性，进而影响空气舵系统的频响特性。本文采用理论分析与试验研究相结合的方式探究不同铰链间隙状态对空气舵系统频响特性的影响规律。
　　根据空气舵系统的结构组成及工作原理，利用Adams和Simulink软件建立机械系统、电气系统和控制回路的机电系统模型。分析铰链轴孔在空气舵系统正常工作时的运动形式及受力状态，基于回转铰链接触碰撞力数学模型和改进的库伦摩擦力模型，建立回转铰链间隙模型。考虑到因铰链轴孔的轴向接触长度过长而引起的仿真难以求解问题，提出一种分段定义接触对的接触定义方法，将其与法向接触力模型相结合构建适用于空气舵系统铰链轴孔的接触碰撞力约束。通过开发Adams子程序的方式将轴孔接触理论模型嵌入到空气舵系统的机电系统模型中。
　　基于已建立的含铰链间隙空气舵系统的机电系统模型，开展舵机伺服系统、舵传动机构和舵面的联合仿真研究，获得铰链间隙状态、舵面负载和指令幅值对整个系统频响特性的影响规律。根据频响特性试验条件与要求，对比分析频响特性的不同测试原理，提出一种基于频率特性分析仪的定点扫频试验方案，设计并搭建基于xPC Target构架的空气舵系统频响特性测试系统。
　　针对不同工况下的铰链间隙状态，开展一系列的空气舵系统动态特性试验研究。对比舵传动机构动态特性的仿真与试验结果，验证回转铰链接触碰撞力模型的有效性。分析不同试验状态下的扫频试验结果，获得不同铰链间隙状态对空气舵系统频响特性的影响规律，为空气舵系统的设计与优化提供技术参考。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究目的

1.2 国内外研究现状分析

1.3 课题的主要研究内容

第2章 空气舵系统动态建模与仿真

2.1 引言

2.2 空气舵系统组成

2.3 铰链间隙模型

2.4 舵传动机构动态特性仿真研究

2.5 舵系统频响特性动态仿真

2.6 本章小结

第3章 空气舵频响特性测试系统设计

3.1 引言

3.2 测试系统方案设计

3.3 测试系统硬件详细设计

3.4 测试系统控制软件设计

3.5 本章小结

第4章 空气舵系统频响特性试验研究

4.1 引言

4.2 试验方案

4.3 舵机频响特性试验测试

4.4 空气舵系统频响特性试验研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢