[发明专利]一种变质心飞行器模拟装置

说明书

一种变质心飞行器模拟装置，涉及一种飞行器模拟装置。为了解决现有的变质心控制方式对应的飞行器没有良好的气动外形和侧喷发动机方式不能充分利用气动力进行机动的问题。本发明的支撑框架上设置两个框架联结轴；飞行器壳体的锥体底面通过两个框架联结轴与支撑框架铰接，飞行器壳体的锥体尖端向下，飞行器壳体能够绕框架联结轴摆动；活动质量体位于飞行器壳体内部；活动质量体的锥形尖端与飞行器壳体的锥体尖端铰接；活动质量体的锥体底面上安装有步进电机和齿轮；弧形的运动齿条固定在飞行器壳体锥体底面上；齿轮与运动齿条组成运动副；步进电机通过运动副驱动活动质量体在飞行器壳体内部摆动。本发明适用于变质心飞行器的设计和控制研究。

技术领域

本发明涉及飞行器控制领域，具体涉及一种飞行器模拟装置。

背景技术

在飞行器控制领域，变质心控制的特点使得其获得了广泛的应用，如大气层外飞行器、水下飞行器和大气层内飞行器。其中大气层内飞行器的变质心控制是当前研究的热点，当前对变质心控制技术的研究主要集中在再入飞行器和拦截弹上，国内外研究学者从建模、机理和性能分析以及制导控制系统设计等方面开展了工作。但变质心构型的硬件实现却迟迟没有进展。

变质心控制技术是通过主动移动飞行器内部的活动质量体，改变系统质心的位置，引起作用在飞行器上的外力矩发生改变来获得期望的控制力矩，从而达到对飞行器机动控制的目的。现有的变质心控制方式为气动舵面和侧喷发动机两种，现有的变质心控制方式以及对应的飞行器有以下缺陷：

1.不利于飞行器获得良好的气动外形。

2.舵面控制带来超高声速飞行时的舵面烧蚀等一系列问题。

3.对于高速运动的再入飞行器，采用侧喷发动机方式不能充分利用气动力进行机动，获得很大的控制力和控制力矩，需要大的能量消耗，产生的控制力矩大小与燃料消耗之间的突出矛盾。

所以现有的控制方式所对应的飞行器严重制约飞行器的研究和发展。

发明内容

本发明为了解决现有的变质心控制方式对应的飞行器没有良好的气动外形和侧喷发动机方式不能充分利用气动力进行机动的问题，进而提出了一种变质心飞行器模拟装置，以便推动飞行器的研究和设计工作。

一种变质心飞行器模拟装置，包括：攻角测量码盘、飞行器壳体、运动齿条、活动质量体、支撑框架、两个框架联结轴、步进电机转角测量码盘、步进电机、控制计算机、质量体联结轴和齿轮；

支撑框架包括两个立柱、一个横梁；横梁两端分别于两个立柱的顶端连接，构成门型框架，两个立柱的底端固定在地面或试验台上；横梁的中部、门型框架内侧设置两个框架联结轴；攻角测量码盘安装在框架联结轴上，攻角测量码盘与控制计算机信号连接；攻角测量码盘用于测量框架联结轴的角度进而测量飞行器壳体的攻角，并将测量数值传输给控制计算机；

飞行器壳体为笼状锥体，飞行器壳体的锥体底面通过横梁的中部设置的两个框架联结轴与支撑框架铰接，飞行器壳体的锥体尖端向下，飞行器壳体能够绕框架联结轴摆动；

活动质量体为锥体形状，位于飞行器壳体内部；活动质量体的锥形尖端通过质量体联结轴与飞行器壳体的锥体尖端铰接；活动质量体的锥体底面上安装有步进电机和齿轮，步进电机的输出轴与齿轮固定连接；弧形的运动齿条固定在飞行器壳体锥体底面的锥体内部一侧的面上；齿轮与运动齿条组成齿轮齿条运动副；步进电机通过齿轮齿条运动副驱动活动质量体在飞行器壳体内部以质量体联结轴为中心摆动；步进电机转角测量码盘安装在步进电机与齿轮固定连接的输出轴一端，步进电机上设置有电机控制器；控制计算机安装在活动质量体内部；步进电机的电机控制器与控制计算机信号连接；控制计算机通过电机控制器控制步进电机转动；步进电机转角测量码盘测量步进电机转角，将测量数值反馈给控制计算机。