[发明专利]一种基于双尾支撑和张线支撑的模型支撑装置及方法

权利要求书

1.一种基于双尾支撑和张线支撑的模型支撑装置，其特征在于，所述的基于双尾支撑和张线支撑的模型支撑装置包括支撑架(I)、双尾支撑系统(II)和张线支撑系统(IV)；

所述的支撑架(I)是由多个纵向横梁和竖梁组成的立方体框架结构；所述的张线支撑系统(IV)共四个，分别为第一张线支撑系统(IV1)、第二张线支撑系统(IV2)、第三张线支撑系统(IV3)和第四张线支撑系统(IV4)，四者均布在支撑架(I)顶部相邻两个纵向横梁之间，四者分别与一根张线(V)的一端连接，四根张线(V)的另一端与飞行器模型(III)的背部连接；所述的双尾支撑系统(II)安装在支撑架(I)的竖梁上，位于立方体框架结构内部，双尾支撑系统(II)上设有两根尾撑杆(27)，尾撑杆(27)固定连接在飞行器模型(III)的尾部，实现飞行器模型(III)的尾部双杆支撑；

所述的张线支撑系统(IV)，包括伺服电机a(1)、燕尾导轨滑台(2)、燕尾导轨滑块(3)、转接板a(4)、伺服电机b(5)、滚珠丝杆a(6)、张线夹(7)、张线拉紧器(8)、光轨导杆(11)、直线导轨滑块(12)、直线导轨滑台a(13)、直线导轨副(14)、转接板b(15)和H型横梁(16)；所述的燕尾导轨滑台(2)固定在支撑架(I)的纵向横梁(I-1)上，燕尾导轨滑台(2)上设有燕尾导轨滑块(3)，伺服电机a(1)带动燕尾导轨滑块(3)沿燕尾导轨滑台(2)运动；所述的转接板a(4)固定在燕尾导轨滑块(3)上；所述的直线导轨副(14)通过转接板b(15)连接在支撑架(I)的纵向横梁(I-2)上，直线导轨副(14)上设有滑块；所述的H型横梁(16)一端固定安装在转接板a(4)上，与燕尾导轨滑块(3)同步运动；H型横梁(16)的另一端安装在转接板b(15)上，并与直线导轨副(14) 的滑块连接；所述的直线导轨滑台a(13)安装在H型横梁(16)的底部，其上设有滚珠丝杠a(6)、光轨导杆(11)和直线导轨滑块(12)；所述滚珠丝杠a(6)安装在所述直线滑台a(13)的纵向中间位置；所述的两根光轨导杆安装在所述滚珠丝杠a(6)的两侧成对称分布；所述直线导轨滑块(12)安装在光轨导杆(11)上；所述滚珠丝杆a(6)的一端安装有伺服电机b(5)；所述的张线夹(7)安装在直线导轨滑块(12)的底部；所述的张线拉紧器(8)安装在张线夹(7)的底部；所述的张线拉紧器(8)由拉紧器套(9)和两个调紧器(10)构成；所述的拉紧器套(9)带有反向螺纹孔，两个调紧器(10)分别安装在拉紧器套(9)的两端；端部的调紧器(10)与张线(V)连接，通过转动拉紧器套(9)，实现张线(V)长度的调节；

所述的双尾支撑系统(II)包括直线导轨滑台b(20)、承载板b(21)、直线导轨滑台c(22)、伺服电机d(23-1)、伺服电机e(23-2)、滚珠丝杆c(24-1)、滚珠丝杆d(24-2)、横向底座a(25-1)、横向底座b(25-2)、锥孔座a(26-1)、锥孔座b(26-2)、尾撑杆a(27-1)、尾撑杆b(27-2)和H型转接板(28)；所述的直线导轨滑台b(20)通过H型转接板(28)固定安装在支撑架(I)的竖梁上；直线导轨滑台b(20)上设有滑块、承载板a(18)和滚珠丝杆b(19)，承载板a(18)、滚珠丝杆b(19)与直线导轨滑台b(20)的轨道平行；滚珠丝杆b(19)安装于直线导轨滑台b(20)的滑块上，承载板a(18)位于滚珠丝杆b(19)的两侧；所述的滚珠丝杆b(19)与伺服电机c(17)连接，伺服电机c(17)带动滚珠丝杆b(19)转动，进而滑块沿滚珠丝杆b(19)运动，同时将一部分力分载到承载板a(18)上；所述的直线导轨滑台c(22)为左右对称结构，与直线导轨滑台b(20)垂直布置；所述的直线导轨滑台c(22)与直线导轨滑台b(20)的滑块相接触，直线导轨滑台c(22)随直线导轨滑台b(20)的滑块沿滚珠丝杆b(19)做直线运动，实现双尾支撑系统(II)高度的调节；所述的直线导轨滑台c(22)上沿水平方向安装有同轴的滚珠丝杆c(24-1)和滚珠丝杆d(24-2)，滚珠丝杆c(24-1)和滚珠丝杆d(24-2)安装在直线导轨滑台c(22)上的滑块上；滚珠丝杆c(24-1)与伺服电机d(23-1)连接，滚珠丝杆d(24-2)与伺服电机e(23-2)连接；直线导轨滑台c(22)上的滑块随着滚珠丝杆c(24-1)和滚珠丝杆d(24-2)而运动；所述的横向底座a(25-1)和横向底座b(25-2)安装在直线导轨滑台c(22)的滑块上，横向底座a(25-1)和横向底座b(25-2)上分别设有锥孔座a(26-1)和锥孔座b(26-2)；所述的尾撑杆a(27-1)和尾撑杆b(27-2)分别穿过锥孔座a(26-1)和锥孔座b(26-2)，从而固定在横向底座a(25-1)和横向底座b(25-2)上；尾撑杆a(27-1)和尾撑杆b(27-2)的另一端与飞行器模型(III)尾部端面上两侧位置的锥形尾撑孔连接，尾撑杆a(27-1)和尾撑杆b(27-2)的对称分布在所述飞行器模型(III)的两侧，且与飞行器模型(III)的轴线平行；尾撑杆a(27-1)和尾撑杆b(27-2)随直线导轨滑台c(22)上的滑块运动，同时将一部分力分载到承载板b(21)上，实现了双尾支撑装置跨距的调节；

所述的张线(V)与飞行器模型(III)的连接处安装单向力传感器，用于测量张线的张力；

所述的尾撑杆a(27-1)和尾撑杆b(27-2)与飞行器模型(III)尾部的连接处安装三向力传感器，用于测量刚性尾撑杆所受的三向力。

2.一种基于双尾支撑和张线支撑的模型支撑方法，其特征在于，步骤如下：

在模型的重心处建立空间直角坐标系O-XYZ，单向力传感器测量的张线张力分别为F₁,F₂,F₃,F₄；安装在尾部支撑杆的两个三向力传感器测量并输出尾撑杆支撑模型的刚性连接沿坐标轴的三个分力F_x1、F_y1、F_z1与F_x2、F_y2、F_z2；将模型视为固定不动，根据静力学平衡原理，建立模型所受六维力的方程，见公式(1)：

式中，矩阵A为

矩阵A中，θ表示张线与水平面XOY的夹角；x_i,y_i,z_i表示张线与模型连接处在参考坐标系O-XYZ中的坐标，i＝1～4，即把单向力传感器看作质点，x_i,y_i,z_i表示质点在所建空间坐标系上的坐标；x_wi,y_wi,z_wi表示尾支撑处三向力传感器在所建立的参考坐标系中的坐标，i＝1～2；

将单向力传感器测出的力值F₁,F₂,F₃,F₄、两个三向力传感器测出的力值F_x1、F_y1、F_z1与F_x2、F_y2、F_z2，代入方程1，实现模型所受空间六维力的求解。