基于混联机构的大姿态飞行模拟器机构设计与研究

发布时间：2020-05-20 21:09

【摘要】：本研究为了解决传统飞行模拟器转角有限的问题,采用了一种基于混联机构的新型飞行模拟器。其主要目的是充分利用混联机构的转角可以叠加,转动空间不受位置空间的影响等优点,满足新型飞行模拟器大姿态、大转角的运动要求。首先,根据六自由度混联机构的自由度分配原则提出了多种新型六自由度混联机构,采用了两种新的混联机构作为新型飞行模拟器的运动机构。然后,对飞行模拟器的运动机构进行了运动学分析,主要包括运动学逆解、正解,速度和加速度分析,为后续研究奠定了理论基础。接着,对飞行模拟器的工作性能进行了分析。考察了动平台在固定姿态下的位置空间和固定位置下的姿态空间,为飞行模拟器初始位姿的选取和路径规划提供了依据。利用速度雅可比矩阵的分析,得到了判定飞行模拟器运动机构奇异的数学判据,分析了机构的灵巧度和静刚度,保证了机构运动的安全可靠。之后又对飞行模拟器建立了动力学模型并对其进行解算,得到了动力学的逆解表达式,克服了混联机构求解动力学的难点。通过matlab软件得到了具体动作的动力学变化曲线,为后续路径规划提供了理论依据。最后,采用虚拟样机和matlab的联合仿真,通过单自由度的运动验证了虚拟样机建立的准确性和正确性。对运动机构进行了真实飞机机动动作的仿真模拟,得到特定运动状态下驱动滑块的位移曲线和动力学响应曲线,验证了本课题研究的可行性的和正确性。
【图文】：

飞行模拟器,六自由度

纪的２０年代末开始，由于当时的模拟水平较低，一般把飞行模拟器称作飞行练习逡逑器［５］。早在１９２９年，美国发明家爱德华？林克就设计出了世界上第一台机械气动式逡逑的飞行练习器，被后人称为林克机。早期的林克机如图１－１所示。逡逑图ｉ－ｉ林克飞行模拟器逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｌｉｎｋ邋ｆｌｉｇｈｔ邋ｓｉｍｕｌａｔｏｒ逡逑１９３４年美国陆军航空队购买了四套林克训练机，飞行模拟产业由此诞生。这逡逑种飞行练习器主要用来向飞行学员演示操作机构对飞机飞行姿态的影响，用于训逡逑练飞行员的基本协调驾驶能力。第二次世界大战开始后，战斗机的快速发展极大地逡逑刺激了飞行模拟器的研发，由原来林克设计的简单的机械练习器逐渐发展为具有逡逑较为复杂机械电气装置并能进行粗略计算的飞行模拟器。飞行模拟器的应用范围逡逑也逐渐扩大，不仅用于训练空军飞行员，而且在民航和商业飞行训练中也得到了进逡逑一步的应用，从而训练出了不少飞行员。逡逑第二个阶段，电子模拟阶段，这是飞行模拟器发展的中级阶段。上世纪四十年逡逑代初

飞行模拟器

飞行模拟器，在视景系统以及飞行员生理感受系统上均具有世界一流水平。加拿大逡逑在动态训练方面居于世界领先地位，加拿大航空电子设备公司（ＣａｎａｄｉａｎＡｖｉａｔｉｏｎ逡逑Ｅｌｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣＡＥ）公司己经成为目前世界上最大的飞行模拟器生产厂商。如图１－３逡逑所示为其最新研制生产的全任务飞行模拟器ＣＡＥ７０００Ｓ［７］。逡逑ＩＢｌｌＭＷＥ邋１逡逑图１－３ＣＡＥ７０００Ｓ飞行模拟器［７］逡逑Ｆｉｇ．１－３邋ＣＡＥ７０００Ｓ邋ｆｌｉｇｈｔ邋ｓｉｍｕｌａｔｏｒ１７１逡逑它采用了六自由度的并联机构作为运动系统的基座，具有很强的运动模拟功逡逑能。值得注意的是，ＣＡＥ７０００Ｓ采用了真正的电动系统取代传统的液压栗来进行动逡逑力输出，是全球第一套通过了Ｄ级认证的电动型全任务飞行模拟器。除上述国家逡逑夕卜，，日本、德国和俄罗斯等在飞行模拟器的某些子系统研制方面也具有相当的实力。逡逑从国外一些飞行模拟器的研制状况可以看出，目前的飞行模拟器研制己经高度专逡逑业化和商业化。如运动系统、视景系统和仿真计算机等都有专门的公司进行研制和逡逑生产。飞行模拟器的设计者主要是根据自己的任务特点合理选择所需的硬件，设计逡逑相应的软件，最后进行综合调试。逡逑与国外相比
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V216.8

【参考文献】