[实用新型]捕获轨迹风洞试验中外挂物模型连续运动的实时控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种在航空航天的风洞试验中针对外挂物模型在连续运动中实时控制的装置。

技术背景

捕获轨迹风洞试验系统(CTS)对于飞行器外挂物模型分离轨迹测量不可或缺。

上世纪七十年代中期以后，闭环的位置控制CTS系统开始得到普遍应用，如美国AEDC的4英尺跨声速连续式风洞、冯·卡门4英尺超声速连续式风洞、英国航空研究协会的9英尺x8英尺跨声速连续式风洞、法国宇航研究院(ONERA)的6英尺跨超声速连续式风洞，这类系统的自动化程度有很大的提高，外挂物模型的位置是由计算机以闭环形式进行自动控制的，即外挂物模型沿轨迹的下一坐标点位置是依据求解运动方程来获得，然后由计算机控制外挂物模型运动到位，再测量出该位置处外挂物的气动载荷，求解运动方程，确定出外挂物在下一时刻的位置和姿态，如此循环重复，逐点确定出外挂物的整个分离轨迹。其有两个主要缺点：①由于外挂物模型的运动是间歇式的，每次运动到位后暂停运动，再进行信号测量和数据计算，然后再进行下一步的运动，且对位置还要进行反复修正，因此获得一条轨迹的时间仍然较长，运动暂停和位置修正浪费了大量的风洞试验时间(一条真实飞行0.6秒的轨迹约需3-5分钟的风洞运转时间)，不利于提高试验效率和节省能耗；②由于外挂物模型运动速度是固定不变的，使运动为非连续性的或模型重心不能连续保持在真实运动轨迹上，可能导致外挂物模型及其支杆与母机模型相碰，迫使轨迹的生成半途中止，产生试验车次的浪费。

上世纪八十年代后，CTS系统逐步开始向速度控制方式发展，特别是在暂冲式风洞上应用更为迫切，如以色列飞机工业公司((IAI)的4英尺暂冲式高速风洞中的CTS系统。速度控制方式不是逐步控制外挂物模型的位置，而是连续控制外挂物运动的速度，它依据解运动方程所得每一瞬时外挂物运动的速度分量，按速度缩尺缩至模型运动的速度分量，通过计算机快速控制并修正每一瞬时外挂物模型沿轨迹运动的速度而获得轨迹。该系统除了由计算机控制模型运动和产生轨迹(称为风洞实际模拟轨迹)外，还必须依据实时记录的外挂天平所测气动载荷，同时求解运动方程和计算轨迹(称为理论轨迹)，然后与风洞试验的实际模拟轨迹进行比较、修正。这类系统的主要缺点是起始调整和校核的时间较长，系统对实时性和协调性的要求很高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种捕获轨迹风洞试验中外挂物模型连续运动的实时控制装置，通过实时采集在捕获轨迹风洞试验中外挂物受到的气动力，快速控制并修正每一瞬时外挂物模型沿轨迹运动的位置与速度而获得外挂物连续运动的分离轨迹。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：捕获轨迹风洞试验中外挂物模型连续运动的实时控制装置，包括主控计算机和与其连接的X轴运动控制器、Y轴运动控制器、Z轴运动控制器、α角运动控制器、β角运动控制器和γ角运动控制器，其中X轴运动控制器后端连接有X轴驱动器，Y轴运动控制器后端连接有Y轴驱动器，Z轴运动控制器后端连接有Z轴驱动器，α角运动控制器后端连接有α角驱动器，β角运动控制器后端连接有β角驱动器，γ角运动控制器后端连接有γ角驱动器，X轴驱动器、Y轴驱动器、Z轴驱动器、α角驱动器、β角驱动器和γ角驱动器的前端连接在投放外挂物模型六自由度定位机构上，并联合控制投放外挂物模型六自由度定位机构，数据采集系统的一端与主控计算机连接，另一端与用于检测投放外挂物模型六自由度定位机构位置信息的位置传感器连接，数据采集系统的另一端还连接有用于检测投放外挂物模型六自由度定位机构气动力信息的测力天平。