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在风洞分离试验中,需要一个外挂物模型驱动机构,对模型进行六个自由度的各种姿态的调整。外挂物驱动机构要求在有限的空间位置内,能提供较大的模型姿态调整能力,同时满足高精度、高速度的要求,并具有较小的风场阻塞度。根据国内风洞发展需要,设计了一个能满足上述要求的外挂物驱动机构,此机构为一六自由度全解耦串联机构。 论文对风洞及风洞试验的背景和发展情况进行了介绍,明确了外挂物驱动机构的重要作用,并介绍了国内外现有六自由度模型姿态调整机构的研究现状。从运动形式上来说,一般有两种实现类型:一种是六个自由度的运动保持相互独立,另一种六自由度机构是由两个以上部件的回转约束组合变化来提供六个自由度的运动。论文比较了现有的串联机构和并联机构,创新设计了一种六自由度全解耦串联机构,并在机构阻塞度、机构静态特性和动态特性等方面做了如下研究。 ①机构结构设计。建立了机构的三维模型,介绍了机构的三个组成部分与实现方式,画出了机构简图,计算了机构的自由度。利用机构六个自由度全解耦的特点,采用解析的方法导出了机构六个输入的位置逆解方程并验证了其正确性,为机构的控制提供了理论依据。 ②机构静态特性分析。将机构的模型导入到Ansys workbench中进行静力学分析,得到机构的受力变形情况,通过机构角位移变形判断机构静态特性的优劣,为进一步的机构优化提供依据。 ③机构风场阻塞度分析。利用Matlab软件对机构的风场阻塞度进行了计算验证,得到机构阻塞度随模型位姿变化的趋势。综合角位移变形和阻塞度两个性能指标,判断机构具有良好的静态特性,满足设计要求。 ④机构动态特性分析。根据机构动态分析的理论基础,运用Ansys workbench软件对机构进行了模态、谐响应、瞬态三个方面的分析,得到了风洞试验时需要避免的各阶频率和周期载荷,以及机构的动态响应稳定时间,验证了机构良好的动态特性。