CN113280992A - 一种升力体模型风洞虚拟飞行试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种升力体模型风洞虚拟飞行试验系统。本发明的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统包括以风洞试验段为核心布置的飞行控制仿真平台、多自由度模型支撑装置、升力体模型、气动/运动参数同步测量装置、运动驱动控制装置和安全监测保护装置。本发明的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统充分利用风洞真实物理环境和风洞试验高效准确、低成本低风险的优点，建立了适用于升力体气动/控制性能集成评估验证的虚拟飞行试验系统，是飞行器性能评估验证的创新手段，对升力体气动和控制优化设计和性能评估具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于风洞试验和飞行控制交叉技术领域，具体涉及一种升力体模型风洞虚拟飞行试验系统。
背景技术
目前，飞行器气动和飞行控制性能评估验证主要以串行方式开展，飞行/控制性能验证基本上是以建模仿真为主，最终通过飞行试验评估验证气动/控制性能。但是，由于升力体飞行试验风险大、成本高和周期长，飞行试验验证只能针对典型状态少量开展。
当前，亟需发展一种用于升力体模型气动/控制性能评估验证的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种升力体模型风洞虚拟飞行试验系统。
本发明的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统，其特点是，所述的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统包括以风洞试验段为核心布置的飞行控制仿真平台、多自由度模型支撑装置、升力体模型、气动/运动参数同步测量装置、运动驱动控制装置和安全监测保护装置；
飞行控制仿真平台为风洞虚拟飞行控制系统，具备飞行控制、仿真计算、电源控制、信号采集与反馈、试验结果实时处理与显示模块；飞行控制仿真平台位于风洞试验段外，采用有线传输方式，与风洞试验段内安装的气动/运动参数同步测量系统连接，进行气动和运动参数的同步采集；飞行控制仿真平台采用有线传输方式，与风洞试验段内安装的升力体模型连接通讯，进行飞行控制指令的发送，控制升力体模型的舵机装置启动停止；
多自由度模型支撑装置为升力体模型的支撑和安全保护装置，包括俯仰运动机构和滚转运动机构的两自由度运动机构，以及安全保护机构；俯仰运动机构包括设置在风洞试验段内的支撑横梁，支撑横梁贯穿风洞试验段，支撑横梁的两端分别通过俯仰轴承安装在风洞试验段左右两侧的洞壁内，飞行控制仿真平台通过支撑横梁控制升力体模型进行自由俯仰运动；滚转运动机构包括设置在升力体模型内的中心轴线上的芯轴，芯轴的前后两端安装有滚转轴承，芯轴带动升力体模型进行自由滚转运动；安全保护机构包括分别与俯仰运动机构和滚转运动机构相匹配的俯仰安全保护机构和滚转安全保护机构，俯仰安全保护机构通过安装在俯仰轴承上的制动块控制升力体模型的俯仰运动急停，滚转安全保护机构通过安装在滚转轴承上的制动块控制升力体模型的滚转运动急停；
升力体模型为飞行器的风洞缩比试验模型，通过多自由度模型支撑装置安装在风洞试验段内；升力体模型的外型模拟飞行器外型；升力体模型内部安装舵机系统，舵机系统操纵升力体模型的舵面，控制舵面角度，模拟飞行器的舵面运动；
气动/运动参数同步测量装置用于在风洞虚拟飞行试验过程中同步测量升力体模型的气动/运动参数；气动/运动参数同步测量装置安装在升力体模型内腔中，包括天平、编码器和陀螺仪；天平固定在芯轴上，测量升力体模型的气动参数；编码器和陀螺仪安装在升力体模型的内部空腔中，测量升力体模型的运动参数；
运动驱动控制装置置于风洞试验段外，包括伺服电机、减速器、连接轴和控制柜，伺服电机的输出轴通过减速器与连接轴固定连接，连接轴连接多自由度模型支撑装置的支撑横梁；控制柜通过有线传输方式经减速器控制伺服电机转动，伺服电机转动带动连接轴转动，连接轴转动带动多自由度模型支撑装置的支撑横梁转动；在风洞虚拟飞行试验过程中，工作人员通过运动驱动控制装置的控制柜发送指令，最终由多自由度模型支撑装置的支撑横梁驱动升力体模型运动，实现升力体模型姿态角回零；
安全监测保护装置置于风洞试验段外，包括试验参数实时监测系统、视频实时显示系统和风洞试验紧急关车系统；试验参数实时监测系统通过有线传输方式与多自由度模型支撑装置的安全保护机构连接，在风洞虚拟飞行试验过程中，试验参数实时监测系统通过试验参数变化判断升力体模型的危险状况，通过安全保护机构的制动块，控制升力体模型急停，实现安全保护；视频实时显示系统通过有线传输方式与风洞试验段的视频监控系统连接，风洞试验紧急关车系统通过有线传输方式与风洞控制系统连接，工作人员实时监测风洞试验状态，在危险情况下，工作人员通过风洞试验紧急关车系统指令风洞控制系统进行风洞紧急关车。
本发明的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统充分利用风洞真实物理环境和风洞试验高效准确、低成本低风险的优点，建立了适用于升力体气动/控制性能集成评估验证的虚拟飞行试验系统，是飞行器性能评估验证的创新手段，对升力体气动和控制优化设计和性能评估具有重要意义。
本发明的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统比现有建模仿真系统更加真实、准确和可靠，比飞行试验系统，评估验证更加高效、风险和成本更低。
附图说明
图1为本发明的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统的组成框图；
图2为本发明的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统的结构示意图。
图中，1.飞行控制仿真平台 2.风洞试验段 3.多自由度模型支撑装置 4.升力体模型 5.气动/运动参数同步测量装置 6.运动驱动控制装置 7.安全监测保护装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
如图1、图2所示，本发明的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统包括以风洞试验段2为核心布置的飞行控制仿真平台1、多自由度模型支撑装置3、升力体模型4、气动/运动参数同步测量装置5、运动驱动控制装置6和安全监测保护装置7；
飞行控制仿真平台1为风洞虚拟飞行控制系统，具备飞行控制、仿真计算、电源控制、信号采集与反馈、试验结果实时处理与显示模块；飞行控制仿真平台1位于风洞试验段2外，采用有线传输方式，与风洞试验段2内安装的气动/运动参数同步测量系统5连接，进行气动和运动参数的同步采集；飞行控制仿真平台1采用有线传输方式，与风洞试验段2内安装的升力体模型4连接通讯，进行飞行控制指令的发送，控制升力体模型4的舵机装置启动停止；
多自由度模型支撑装置3为升力体模型4的支撑和安全保护装置，包括俯仰运动机构和滚转运动机构的两自由度运动机构，以及安全保护机构；俯仰运动机构包括设置在风洞试验段2内的支撑横梁，支撑横梁贯穿风洞试验段2，支撑横梁的两端分别通过俯仰轴承安装在风洞试验段2左右两侧的洞壁内，飞行控制仿真平台1通过支撑横梁控制升力体模型4进行自由俯仰运动；滚转运动机构包括设置在升力体模型4内的中心轴线上的芯轴，芯轴的前后两端安装有滚转轴承，芯轴带动升力体模型4进行自由滚转运动；安全保护机构包括分别与俯仰运动机构和滚转运动机构相匹配的俯仰安全保护机构和滚转安全保护机构，俯仰安全保护机构通过安装在俯仰轴承上的制动块控制升力体模型4的俯仰运动急停，滚转安全保护机构通过安装在滚转轴承上的制动块控制升力体模型4的滚转运动急停；
升力体模型4为飞行器的风洞缩比试验模型，通过多自由度模型支撑装置3安装在风洞试验段2内；升力体模型4的外型模拟飞行器外型；升力体模型4内部安装舵机系统，舵机系统操纵升力体模型4的舵面，控制舵面角度，模拟飞行器的舵面运动；
气动/运动参数同步测量装置5用于在风洞虚拟飞行试验过程中同步测量升力体模型4的气动/运动参数；气动/运动参数同步测量装置5安装在升力体模型4内腔中，包括天平、编码器和陀螺仪；天平固定在芯轴上，测量升力体模型4的气动参数；编码器和陀螺仪安装在升力体模型4的内部空腔中，测量升力体模型4的运动参数；
运动驱动控制装置6置于风洞试验段2外，包括伺服电机、减速器、连接轴和控制柜，伺服电机的输出轴通过减速器与连接轴固定连接，连接轴连接多自由度模型支撑装置3的支撑横梁；控制柜通过有线传输方式经减速器控制伺服电机转动，伺服电机转动带动连接轴转动，连接轴转动带动多自由度模型支撑装置3的支撑横梁转动；在风洞虚拟飞行试验过程中，工作人员通过运动驱动控制装置6的控制柜发送指令，最终由多自由度模型支撑装置3的支撑横梁驱动升力体模型4运动，实现升力体模型4姿态角回零；
安全监测保护装置7置于风洞试验段2外，包括试验参数实时监测系统、视频实时显示系统和风洞试验紧急关车系统；试验参数实时监测系统通过有线传输方式与多自由度模型支撑装置3的安全保护机构连接，在风洞虚拟飞行试验过程中，试验参数实时监测系统通过试验参数变化判断升力体模型4的危险状况，通过安全保护机构的制动块，控制升力体模型4急停，实现安全保护；视频实时显示系统通过有线传输方式与风洞试验段2的视频监控系统连接，风洞试验紧急关车系统通过有线传输方式与风洞控制系统连接，工作人员实时监测风洞试验状态，在危险情况下，工作人员通过风洞试验紧急关车系统指令风洞控制系统进行风洞紧急关车。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (1)
1.一种升力体模型风洞虚拟飞行试验系统，其特征在于，所述的升力体模型风洞虚拟飞行试验系统包括以风洞试验段（2）为核心布置的飞行控制仿真平台（1）、多自由度模型支撑装置（3）、升力体模型（4）、气动/运动参数同步测量装置（5）、运动驱动控制装置（6）和安全监测保护装置（7）；
飞行控制仿真平台（1）为风洞虚拟飞行控制系统，具备飞行控制、仿真计算、电源控制、信号采集与反馈、试验结果实时处理与显示模块；飞行控制仿真平台（1）位于风洞试验段（2）外，采用有线传输方式，与风洞试验段（2）内安装的气动/运动参数同步测量系统（5）连接，进行气动和运动参数的同步采集；飞行控制仿真平台（1）采用有线传输方式，与风洞试验段（2）内安装的升力体模型（4）连接通讯，进行飞行控制指令的发送，控制升力体模型（4）的舵机装置启动停止；
多自由度模型支撑装置（3）为升力体模型（4）的支撑和安全保护装置，包括俯仰运动机构和滚转运动机构的两自由度运动机构，以及安全保护机构；俯仰运动机构包括设置在风洞试验段（2）内的支撑横梁，支撑横梁贯穿风洞试验段（2），支撑横梁的两端分别通过俯仰轴承安装在风洞试验段（2）左右两侧的洞壁内，飞行控制仿真平台（1）通过支撑横梁控制升力体模型（4）进行自由俯仰运动；滚转运动机构包括设置在升力体模型（4）内的中心轴线上的芯轴，芯轴的前后两端安装有滚转轴承，芯轴带动升力体模型（4）进行自由滚转运动；安全保护机构包括分别与俯仰运动机构和滚转运动机构相匹配的俯仰安全保护机构和滚转安全保护机构，俯仰安全保护机构通过安装在俯仰轴承上的制动块控制升力体模型（4）的俯仰运动急停，滚转安全保护机构通过安装在滚转轴承上的制动块控制升力体模型（4）的滚转运动急停；
升力体模型（4）为飞行器的风洞缩比试验模型，通过多自由度模型支撑装置（3）安装在风洞试验段（2）内；升力体模型（4）的外型模拟飞行器外型；升力体模型（4）内部安装舵机系统，舵机系统操纵升力体模型（4）的舵面，控制舵面角度，模拟飞行器的舵面运动；
气动/运动参数同步测量装置（5）用于在风洞虚拟飞行试验过程中同步测量升力体模型（4）的气动/运动参数；气动/运动参数同步测量装置（5）安装在升力体模型（4）内腔中，包括天平、编码器和陀螺仪；天平固定在芯轴上，测量升力体模型（4）的气动参数；编码器和陀螺仪安装在升力体模型（4）的内部空腔中，测量升力体模型（4）的运动参数；
运动驱动控制装置（6）置于风洞试验段（2）外，包括伺服电机、减速器、连接轴和控制柜，伺服电机的输出轴通过减速器与连接轴固定连接，连接轴连接多自由度模型支撑装置（3）的支撑横梁；控制柜通过有线传输方式经减速器控制伺服电机转动，伺服电机转动带动连接轴转动，连接轴转动带动多自由度模型支撑装置（3）的支撑横梁转动；在风洞虚拟飞行试验过程中，工作人员通过运动驱动控制装置（6）的控制柜发送指令，最终由多自由度模型支撑装置（3）的支撑横梁驱动升力体模型（4）运动，实现升力体模型（4）姿态角回零；
安全监测保护装置（7）置于风洞试验段（2）外，包括试验参数实时监测系统、视频实时显示系统和风洞试验紧急关车系统；试验参数实时监测系统通过有线传输方式与多自由度模型支撑装置（3）的安全保护机构连接，在风洞虚拟飞行试验过程中，试验参数实时监测系统通过试验参数变化判断升力体模型（4）的危险状况，通过安全保护机构的制动块，控制升力体模型（4）急停，实现安全保护；视频实时显示系统通过有线传输方式与风洞试验段（2）的视频监控系统连接，风洞试验紧急关车系统通过有线传输方式与风洞控制系统连接，工作人员实时监测风洞试验状态，在危险情况下，工作人员通过风洞试验紧急关车系统指令风洞控制系统进行风洞紧急关车。
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