基于3-RPR机构的混联型多自由度风洞试验平台运动学建模研究

摘要

过失速机动能力已成为四代机等先进战斗机的重要技术特征之一，也是现代战机超机动性的基本内涵。通过风洞虚拟飞行试验，对飞行器模型的过失速机动能力进行评估。而开展风洞虚拟飞行试验需要突破的关键技术就是多自由度模型支撑技术。
　　 本文以一种基于3-RPR机构的混联型多自由度风洞试验平台为研究对象，对其结构，运动学正反解、工作空间、奇异位形等运动学相关理论进行分析，为该试验平台应用在飞行器的风洞虚拟飞行试验中奠定理论基础。
　　 论文首先介绍了过失速机动及风洞虚拟飞行试验相关内容，分析了风洞试验平台的研究现状及已有成果。接下来，对所要研究的基于3-RPR机构的混联型多自由度风洞试验平台的结构进行分析，并介绍试验模型在进行风洞试验时所要获取的相关试验数据。
　　 其次，对基于3-RPR机构的混联型风洞试验平台的运动学位置正反解进行研究，建立其运动学位置反解的解析数学模型及正解的数值解法模型。根据3-RPR平面并联机构的结构特点，将求解平面位置问题的杆长逼近法应用在求解风洞试验平台的位置正解上。此外，研究飞行器进行超机动特技动作的参数描述与数学表达，建立飞行参数描述与模型支撑系统关节变量之间映射关系的数学模型，并进行实例验证。
　　 接着，对于基于3-RPR机构的混联型风洞试验平台结构中可能出现的奇异问题，分别通过Jacobian法与线几何法来分析风洞试验平台的奇异位形，并将两种方法分析实例所得到结论进行相互验证。
　　 最后，在基于试验平台运动学反解的基础上，依据风洞试验平台相关约束条件，并以MATLAB数学软件为工具，采用极限边界搜索法，绘制出不同参数组合下的工作空间图谱。利用可视化图谱对工作空间的影响因素进行分析，从而得出影响工作空间大小的主要因素。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 风漏试验平台研究现状

1．3 课题研究的内容

1．4 课题研究的意义

1．5 本章小结

第二章 风洞试验平台的基本组成

2．1 风洞试验平台的构成

2．2 风洞试验平台的试验参数

2．3 本章小结

第三章 风洞试验平台的位置分析

3．1 风洞试验平台的相关参数的定义

3．2 风洞试验平台的运动学反解分析

3．3 风洞试验平台的运动学正解分析

3．4 本章小结

第四章 飞行器超机动特技动作数学建模

4．1 单独滚转运动

4．2 单独俯仰运动

4．2．1 单独俯仰运动时位置反解分析

4．2．2 单独俯仰运动时位置正解分析

4．3 单独偏航运动

4．3．1 单独偏航运动时位置反解分析

4．3．2 单独偏航运动时位置正解分析

4．4 绕速度轴锥形运动

4．4．1 绕速度轴锥形运动时位置反解分析

4．4．2 绕速度轴锥形运动时位置正解分析

4．5 Herbst机动

4．5．1 Herbst机动位置反解分析

4．5．2 Herbst机动位置反解分析

4．5．3 计算实例

4．6 本章小结

第五章 风洞试验平台的奇异位形分析

5．1 奇异位形的研究方法

5．2 风洞试验平台的奇异位形的研究方法

5．2．1 线几何法

5．2．2 Jacobian法

5．3 风洞试验平台的奇异位形分析

5．4 本章小结

第六章 风洞试验平台的工作空间分析

6．1 工作空间的定义

6．2 风洞试验平台的工作空间

6．2．1 风洞试验平台的工作空间的影响因素

6．2．2 风洞试验平台工作空间确定方法

6．2．3 工作空间算例分析

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 论文总结

7．2 后续工作及其前景展望

7．2．1 后续工作

7．2．2 前景展望

参考文献

致谢

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