基于平行四边形机构的风洞试验模型支撑系统的仿真研究

摘要

随着科学技术的发展，在航空航天领域，人们发现飞机在达到或超过失速迎角的条件下进行战术机动的飞行是可以控制的，这将极大地提高飞行器在空中飞行作战的效能，故过失速机动能力已经成为一项非常重要的技术，一般能够有效研究飞行器的机动运动过程的方法有理论分析方法、飞行实验法、风洞试验法等几种方法。其中风洞实验法以其成本低、试验周期短、可以重复试验采集数据等优点赢得了世界上各航空航天领域强国的青睐，而要进行风洞试验就离不开模型支撑技术，因为它可以使得试验得到更为准确可靠的数据结果，并揭示其中可能存在的问题，明确出要改进的措施，进而降低飞行试验的风险。
　　本文以所在课题组提出的基于平行四边形机构的模型支撑系统为对象，对其关键部位的设计及稳定性分析、整体的模态分析、虚拟样机模型的建立以及在不同工况下的运动仿真情况进行了详细地阐述，为其在控制系统中建立补偿算法模型并进行相关补偿提供了一定依据。
　　本文首先介绍了本课题的研究背景以及风洞试验平台模型支撑系统国内外的研究现状，并选取了几种典型的支撑系统进行分析与说明，接着介绍了本文的研究对象—基于平行四边形机构的模型支撑系统，然后对其结构和运行原理进行了分析;其次针对其刚度、承载能力不如并联机构的缺点，以有限元软件Ansys Workbench为工具，首先得到了整体机构在不同姿态下受外载荷影响时的最大变形量的变化规律，然后针对模型支撑系统的主要支撑部件，在其长短、粗细不同的情况下对整个系统进行有限元仿真，通过对比分析，得到刚度较高、稳定性较好的模型支撑系统;接着对其整个系统进行模态分析，得到其前六阶频率和振型，为系统避免在共振频率附近工作提供了参考依据，然后建立模型支撑系统虚拟样机的模型，借助Adams软件实现主要部件的柔性化过程，从而生成刚柔混合模型，并以俯仰运动为例对比分析了纯刚体和刚柔混合模型的仿真结果，得出了对模型仿真时将其看成刚性体处理并不能满足实际精度要求的结论;最后将整个模型支撑系统柔性化;模拟其在风洞中的运动情况，采用控制变量法，对比分析试验模型在不同风载荷、不同运动频率以及不同幅值下所表现出来的运动特性。