专利名称：飞行器地面仿真系统重力方向质量特性模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及仿真技术，具体涉及一种飞行器地面仿真系统重力方向质量特性模拟
>J-U ρ α装直。
背景技术：
飞行器的设计、试制阶段需要进行大量的各种试验，以检验各机构方 案及整体布局的合理性，检验整机及主要元件的性能参数、机构的工作可靠性等，进行方案比较从而得到最优方案。飞行器动力学仿真要求保证惯量和质量特性，试验中要将环境因素考虑在内，这样一来，在进行控制仿真和机组动力学试验时必然会产生一些相互矛盾的要求。在地面上模拟空间失重环境下飞行器的运动过程，最大的影响因素是地球重力，重量方向的模拟仿真是该领域仿真的难点。经文献检索，王书廷在论文“卫星及气浮台质量特性的在线辨识算法研究”(见哈尔滨工业大学硕士毕业论文，2006年)中研究了气浮台的质量特性，但没有给出重力方向质量特性模拟的实施方法。廖鹤，赵艳彬，孙克新，王本利在论文“质量特性调整机构在航天器中的应用”(见《航天器环境工程》，2009年，第26卷，第2期，页码168-172)中给出了一种航天器的质量特性调整机构，但该机构不适用于航天器地面仿真系统的应用，不能完成重力方向质量特性的模拟。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原理简单、成本低、操作方便、便于工程实施的飞行器地面仿真系统重力方向质量特性模拟装置。本发明的目的是这样实现的一种飞行器地面仿真系统重力方向质量特性模拟装置，包括竖梁、横梁、比例杠杆轮单元、配重体、气浮滑轨和重力方向试验单元，水平地面上安装有竖梁，竖梁上安装有横梁，比例杠杆轮单元包括大轮和小轮，横梁穿过大轮和小轮的圆心后将大轮与小轮相对固定，小轮连接重力方向试验单元，大轮连接配重体，用配重体抵消试验单元的重力，模拟重力方向的失重状态；重力方向试验单元和配重体的重力方向均采用气浮滑轨导向，模拟重力方向的无摩擦特性。本发明飞行器地面仿真系统重力方向质量特性模拟装置，原理简单、方便实用、便于工程实施，并且可以实现重量方向的全质量特性模拟。
图I为杠杆机构运动特性计算示意图；图2为飞行器地面仿真系统重力方向质量特性模拟装置示意图；其中I、竖梁，2、配重体，3、横梁，4、大轮，5、小轮，6、气浮滑轨，7、重力方向试验单
J Li ο
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明作进一步说明。实施例I :结合图1，本发明飞行器地面仿真系统重力方向质量特性模拟装置及方法，完全匹配原理如下如图1(a)所示，设转角Θ为系统的广义坐标，则列写两吊重动能为Tl=O^mi(RO)2T2 =O.5m2(r0)2 系统势能为V = IHigR Θ -m2gr Θ系统的拉格朗日函数为Y = TX+T2-V = Q.5mx (R0)2 + O.Sm2 (τθ)2 - n^gRO + m2gr0得拉格朗日方程为
厂 n d ΘΓ ΘΓ ^--r--= O
dtdB ΘΘ其中，Q = Fr为广义力。^ = TniR2G + Tn1T1O
d 5Γ ，·. ，··—= e-\-m2r Θ— = -mxgR + m2gr带入拉式方程可得
「 . n Fr — n^gR + n^grθ =-φ--j—
JttiR +m2r由于杠杆比A: = $，则m2的加速度分别为
r
η Fr — m^R + m2gr F — ntgk + m2ga = 6r =--f-=-Jf-1 互
rn^R + m2rηψ + m2同样的方法可以推导上图1(b)情况的加速度为a = dr=Fr + mf_mfr: ^
IttlR + m2rntyk + m2根据上面分析结果，只要配重准确，即!1^1^ = m2g，那么系统的加速度就是 。同时，系统Z方向等效质量相当于，据此，通过设计适当的k就可以对系统
r Zj /t tn
的质量特性进行优化设计，实现完全质量模拟。实施例2 结合图2，本发明飞行器地面仿真系统重力方向质量特性模拟装置，所述的设计方法如下包括竖梁、横梁、比例杠杆轮单元、配重体、气浮滑轨和重力方向试验单元，水平地面上安装有竖梁，竖梁上安装有横梁，比例杠杆轮单元包括大轮和小轮，横梁穿过大轮和小轮的圆心后将大轮与小轮相对固定，小轮连接重力方向试验单元，大轮连接配重体，用配重体抵消试验单元的重力，模拟重力方向的失重状态，并且大轮和小轮都用钢带作为连接绳；重力方向试验单元和配重体的重力方向均采用气浮滑轨导向，模拟重力方向的无摩擦特性。初步设计之后(设此时的大小比例杠杆轮为k，配重体和试验单元的质量和记为Mtl),可以计算重量方向的惯量，然后通过调整优化整个系统的设计可以满足质量方向的惯量要求，最后满足重力方向惯量特性的设计结果中配重体和试验单元的质量和调整为M1,而已知整个仿真系统重力方向质量总和为Ma，通过求解下面的方程组可以确定大小比例杠杆轮为k、配重体的质量Iii1和试验单元的质量 m2
权利要求
1.一种飞行器地面仿真系统重力方向质量特性模拟装置，包括竖梁、横梁、比例杠杆轮单元、配重体、气浮滑轨和重力方向试验单元，其特征在于水平地面上安装有竖梁，竖梁上安装有横梁，比例 杠杆轮单元包括大轮和小轮，横梁穿过大轮和小轮的圆心后将大轮与小轮相对固定，小轮连接重力方向试验单元，大轮连接配重体，用配重体抵消试验单元的重力，模拟重力方向的失重状态；重力方向试验单元和配重体的重力方向均采用气浮滑轨导向，模拟重力方向的无摩擦特性。
全文摘要
一种飞行器地面仿真系统重力方向质量特性模拟装置，包括竖梁、横梁、比例杠杆轮单元、配重体、气浮滑轨和重力方向试验单元，水平地面上安装有竖梁，竖梁上安装有横梁，比例杠杆轮单元包括大轮和小轮，横梁穿过大轮和小轮的圆心后将大轮与小轮相对固定，小轮连接重力方向试验单元，大轮连接配重体，用配重体抵消试验单元的重力，模拟重力方向的失重状态；重力方向试验单元和配重体的重力方向均采用气浮滑轨导向，模拟重力方向的无摩擦特性。本装置原理简单、方便实用、便于工程实施，并且可以实现重量方向的全质量特性模拟。
文档编号B64G7/00GK102963544SQ20121043036
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者马广程, 夏红伟, 王常虹, 李莉, 任顺清, 解伟男, 温奇咏, 李清华 申请人:哈尔滨工业大学