风洞试验腹撑系统结构设计及有限元分析

摘要

风洞试验设备的研制具有重要国防战略意义和经济价值。其性能的优劣直接关系到试验模拟的真实程度。随着科技的不断发展，对飞行器试验模拟的精度不断提高，我国也开始了对8×6m风洞进行了研究，以克服过去2.4m风洞存在的近场干扰。在此背景下，本文对8×6m风洞用大迎角支撑结构进行了机器人建模、结构设计、基于ANSYS的有限元分析和偏航系统的建模及仿真。这种试验设备的研制，对于飞行器模拟真实程度的提高有重要意义。
　　在对常用的风洞支撑形式进行分析比较后，本文选用了腹撑结构，该支撑方式的主要特点有:模型支撑方式多样,可满足常规和大量特种模型支撑和姿态变化需要；系统刚性强,模型支撑牢固,变形小；机构运行灵活,模型姿态变化定位精确。动力机构选择液压驱动，充分发挥了液压系统的优点。
　　通过对风洞腹撑结构的技术要求进行分析，特别是大迎角的要求，完成腹撑系统的结构设计。根据 D-H参数法建立了模型的坐标系并计算出了各个坐标系间的旋转变换矩阵。在此基础上，进行了运动学、动力学的分析。对各个关节驱动驱动力进行了分析计算，对操作空间进行分析验算，确定了合理的四自由度串联结构。
　　研制具有良好力学特性的大迎角机构,是解决先进、高机动飞行器武器大迎角气动力问题的关键技术之一。在8×6m风洞大迎角机构结构形式的设计过程中,应用ANSYS有限元软件,对其强度、刚度和动态特性进行了有限元分析和优化，获得了大迎角机构在最大气动力载荷作用下的结构应力和变形,以及自由振动时的模态频率和模态振型。计算结果表明:大迎角机构本身结构强度、刚度富余；固有频率远离气流脉动频率,表明其具有较好的动态特性；该机构结构形式合理可靠。最后对单阀双非对称液压缸控制系统进行了建模与仿真，分析了系统的稳态精度。

目录

风洞试验腹撑系统结构设计及有限元分析

THE STRUCTURAL DESIGN ANDFINITE ELEMENT ANALYSIS OF WINDTUNNEL TEST SUPPORT SYSTEMS

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 风洞支撑结构概述

1.2 单阀双非对称液压缸驱动方式介绍

1.3 主要研究内容

第2 章 设计要求及总体设计方案

2.1 主要设计任务及实现功能

2.2 总体方案简介

2.3 本章小结

第3 章 机械系统结构设计

3.1 机器人模型的建立

3.2 俯仰系统设计

3.3 偏航系统设计

3.4 拐臂系统设计

3.5 升降系统设计

3.6 本章小结

第4 章 支撑结构有限元分析

4.1 引言

4.2 有限元法原理及求解步骤

4.3 有限元法在机械领域的应用

4.4 有限元求解精度分析

4.5 有限元模型静力及变形分析

4.6 模态分析

4.7 本章小结

第5 章 偏航控制系统的建模与仿真

5.1 双缸系统的运动分析

5.2 偏航系统的建模

5.3 系统的仿真及分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢