火箭燃气冲击载荷识别平台的设计与研究

摘要

本文从火箭燃气冲击载荷测量的实际出发,将一维拉压力传感器与3-(2SPS)并联机构进行有机结合,构建了一种可用于六维冲击载荷识别的通用测量平台。
　　 文中首先对冲击射流的基本特点作了介绍,并采用CFD软件对传统的燃气射流试验进行预估计算,得到了燃气射流对被测模型的冲击载荷变化情况。随后,提出了燃气射流测量平台的构型方法,并根据载荷预估结果选择了相应的一维拉压力传感器。紧接着,就该测量平台的结构特点以及其测量原理作了分析和介绍,推导了测量平台的位姿正、反解反解方程,建立了测量模型,并得到了力雅克比矩阵。接下来,详细的分析了测量平台的可达工作空间、力各向同性性能以及其影响因素,得到了测量平台的可达工作空间形状以及在各个截面上的力各向同性分布情况。此外,还分别对测量平台的静力学正、反解进行了分析和仿真计算,验证了测量平台在火箭燃气冲击载荷作用下的实际工作情况。最后,根据测量平台的结构特点以及其量程范围,设计了一款可用于测量平台六维力标定的试验装置,研究了相关的标定方法,并开发了标定软件。
　　 研究表明,该测量平台可以很好的满足火箭燃气射流冲击载荷测量的需求,并可为此类其它平台的设计和研发提供参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 燃气射流研究概述

1．2 课题的提出及研究意义

1．2．1 课题的提出及来源

1．2．2 课题研究的意义

1．3 六维力测量研究现状

1．4 本文的主要研究内容

2 火箭燃气冲击载荷预估

2．1 冲击射流基本特点

2．2 火箭导弹燃气冲击效应试验

2．2．1 试验方案

2．2．2 冲击效应试验结果

2．2．3 试验数据分析

2．3 燃气冲击载荷CFD计算

2．3．1 仿真模型的建立及边界条件

2．3．2 计算结果及对比

2．4 本章小结

3 测量平台结构及其实现的基本原理

3．1 引言

3．2 测量平台性能要求

3．3 测量平台结构及参数化表示

3．3．1 平台结构特点

3．3．2 平台结构参数化表示

3．4 测量平台位置分析

3．4．1 位置反解

3．4．2 位置正解

3．4．3 雅克比矩阵

3．5 测量平台载荷识别的基本原理

3．5．1 输入力与输出力变换

3．5．2 力雅克比矩阵

3．6 本章小结

4 测量平台特性分析

4．1 测量平台可达工作空间分析

4．1．1 可达工作空间约束条件

4．1．2 工作空间的搜索方法

4．1．3 可达工作空间形状及分析

4．2 测量平台的力各向同性分析

4．2．1 力各向同性度

4．2．2 力矩各向同性度

4．3 结构参数对力各向同性的影响

4．3．1 偏置距离s对力各向同性度的影响

4．3．2 铰链安装距离h对力各向同性度的影响

4．3．3 转动角度β对力各向同性度的影响

4．4 测量平台静力学分析

4．4．1 静力学反解分析及仿真

4．4．2 静力学正解分析及仿真

4．5 本章小结

5 测量平台标定方法研究

5．1 试验标定原理

5．1．1 一维力力传感器标定原理

5．1．2 六维力传感器标定原理

5．1．3 标定载荷选取原则

5．2 测量平台试验标定设计

5．2．1 标定装置设计

5．2．2 载荷加载方案设计

5．2．3 标定流程设计

5．3 标定软件设计

5．4 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录