飞行仿真三轴转台的静动力学分析

发布时间：2017-10-18 03:16

  本文关键词：飞行仿真三轴转台的静动力学分析

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【摘要】：飞行仿真三轴转台是用于在地面模拟飞行器飞行姿态的关键设备，能够模拟飞行器在飞行时的翻滚、俯仰和旋转运动。仿真转台的性能好坏将直接影响到模拟结果准确性和可靠性，对导弹、飞机等飞行器的实际研制工作有具大的影响。因此为研制更高精度、性能更好的飞行器，对仿真转台的研制要求也在逐步提高。 本文从飞行仿真三轴转台的静、动态性能出发，按照仿真转台的设计要求制定设计方案。应用有限元分析软件ANSYS Workbench(AWB)对所设计的仿真转台三维模型进行了静、动力学分析，并对内环结构、中环结构和外环结构三个轴同时运动时产生的彼此之间的动力学耦合进行了解耦工作，以便能够设计出具有更高精度和可靠性的仿真转台。 本论文主要进行了以下工作： 首先，本文依据仿真转台的基本静态、动态特性指标的对仿真转台的机械台体结构进行设计，选择了仿真转台的结构形式、驱动方式、负载安装方式，并通过查阅资料选择了合适的各轴框架材料，制定了合适的截面方案。同时对仿真转台内环结构、中环结构和外环结构的主要力学载荷进行了计算，选择了仿真转台的轴承和电机等标准件等，轴承采用SKF公司双列角接触球轴承、深沟球轴承和单向推力球轴承，电机采用的是成都精密电机厂的永磁直流力矩电动机。最后选择选用KUEBLERCHINA库佰勒5888多圈绝对式光栅编码器和ADIS16355型MEMS惯性传感器作为仿真转台在工作过程中的速度、加速度与位置的检测元器件。 其次，，建立了仿真转台的有限元模型，对仿真转台的内环结构、中环结构同时处于水平位置、同时处于竖直位置以及在任意位置时分别进行了静力学分析，得到内环结构、中环结构处于不同位置时各轴框架的变形云图。得知仿真转台在静力条件下的变形较大处主要发生在外框结构U型框架的拐角处。 再次，为获得仿真转台的动态特性，对仿真转台进行了模态分析和谐响应分析。其中对仿真转台的模态分析的过程，除了对仿真转台整体模型进行了模态分析外，对内环结构、中环结构和外环结构分别单独进行了模态分析。得到了仿真转台几种情况下的一至六阶模态频率、模态振形和谐响应频率。 最后，为了获得较为方便的控制方案，建立了仿真转台三个轴结构的数学模型，应用解耦定理对仿真转台的数学模型进行了解耦设计。得到了仿真转台的状态方程，经MATLAB验证其是完全解耦的。
【关键词】：三轴转台 静力学分析 模态分析 谐响应分析 动力学耦合
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 三轴转台的背景及意义11
• 1.2 国内外仿真转台的发展概况11-16
• 1.2.1 仿真转台的国外发展概况11-15
• 1.2.2 仿真转台的国内发展概况15-16
• 1.3 论文的主要研究内容16-19
• 第2章 三轴转台结构设计19-33
• 2.1 飞行仿真三轴转台的技术指标19-20
• 2.2 仿真转台的结构设计20-24
• 2.2.1 结构形式20-22
• 2.2.2 仿真转台材料的选择22-23
• 2.2.3 驱动方式23-24
• 2.2.4 仿真转台目标负载的安装方式24
• 2.3 仿真转台轴承的选型24-26
• 2.4 转台主要计算载荷及驱动电机计算26-30
• 2.4.1 内环结构的计算载荷及驱动电机的选择26-27
• 2.4.2 中环结构的计算载荷及驱动电机的选择27-28
• 2.4.3 外环构的计算载荷及驱动电机的选择28-30
• 2.5 测量与检测装置30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 静力学仿真分析33-43
• 3.1 机械结构静力学分析基础33-34
• 3.2 飞行仿真三轴转台有限元建模34-37
• 3.2.1 整机模型简化34-35
• 3.2.2 仿真转台的材料属性设定35
• 3.2.3 结合面处理35-36
• 3.2.4 飞行仿真三轴转台的网格划分36-37
• 3.2.5 约束与载荷添加37
• 3.3 飞行仿真三轴转台静力学分析37-40
• 3.4 本章小结40-43
• 第4章 结构动力学分析43-55
• 4.1 机械结构动力学分析基础43
• 4.2 仿真转台的模态分析43-53
• 4.2.1 模态分析基础43-44
• 4.2.2 仿真转台的模态分析44-53
• 4.3 仿真转台的谐响应分析53-54
• 4.3.1 谐响应分析基础53
• 4.3.2 仿真转台的谐响应分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 动力学解耦设计55-69
• 5.1 仿真转台的数学模型55-62
• 5.1.1 各轴空间相对坐标系的建立55-58
• 5.1.2 仿真转台的动力学耦合方程58-59
• 5.1.3 仿真转台的数学模型59-62
• 5.2 仿真转台的解耦设计62-65
• 5.2.1 解耦定理62
• 5.2.2 逆系统方法62-63
• 5.2.3 仿真转台的解耦设计63-65
• 5.3 仿真转台的解耦验证65-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 参考文献71-76
• 在学期间获得的成果和参与项目76-77
• 致谢77

【参考文献】

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本文编号：1052628