[发明专利]基于模块化的飞机机械操纵系统动力学参数优化方法

说明书

一种基于模块化的飞机机械操纵系统动力学参数优化方法，将飞机软式传动系统划分为钢索‑滑轮机构模块以及钢索单元模块，并单独建立钢索‑滑轮机构和钢索单元的动力学模型。独立的模块单元能够准确计算得到钢索‑滑轮机构或钢索单元的动力学结果，包括钢索伸长量、输出拉力以及响应迟滞时间。各个模块通过输出拉力与轴向拉力的相接进行拼接，实现钢索与滑轮机构的混合串联拼接模型。然后通过遗传算法，对飞机传动系统的主要输入参数(包括钢索直径、弹性模量、初始拉力和轴向拉力)进行优化，使得飞机软式传动系统的性能达到最优(迟滞时间最小、系统整体等效刚度最大和整体摩擦最小)。

技术领域

本发明涉及的是一种航空制造领域的技术，具体是一种基于模块化的飞机机械操纵系统动力学参数优化方法。

背景技术

在大中型飞机机械操纵中，软式传动机构，即“钢索-滑轮”传动机构，在系统重量、系统质量以及系统在有限空间内的布置方面都具有明显优势。但由于钢索本身固有特性，应用于长距离传动工况下又会带来一系列新问题：钢索的弹性变形导致系统刚度实时变化，难以精确计算；长距离传动工况下钢索与滑轮间的摩擦力累积以及系统振动的影响带来严重的滞后效应，导致驾驶员操纵难度加大，不利于控制精度的提高；长距离传动下钢索系统振动及其与滑轮间摩擦导致的疲劳损伤问题。因此，为了提高飞机机械操纵系统的控制精度，降低潜在安全隐患，必须快速并准确计算飞机整体传动系统的动力学特性。

然而，飞机整体传动系统的动力学模型涉及的参数众多且相互关联，这导致建模存在一定的难度；而且飞机整体传动系统包含众多的钢索-滑轮机构，难以建立整体的动力学模型，若进行模型简化则会降低仿真精度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于模块化的飞机机械操纵系统动力学参数优化方法，单独建立钢索-滑轮机构和钢索单元的动力学模型。独立的模块单元能够准确计算得到钢索-滑轮机构或钢索单元的动力学结果。各个模块通过对应的输入输出参数接口进行拼接，能够快速得到飞机整体传动系统精确的动力学模型。然后通过遗传算法，对飞机传动系统的主要输入参数(包括钢索直径、弹性模量、初始拉力和轴向拉力)进行优化，使得飞机软式传动系统的性能达到最优(迟滞时间最小、系统整体等效刚度最大和整体摩擦最小)。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于模块化的飞机机械操纵系统动力学参数优化方法，通过将飞机软式传动系统以钢索-滑轮机构模块以及钢索单元模块的形式进行模拟，根据模拟结果计算得到钢索-滑轮机构以及钢索单元的对应钢索伸长量、输出拉力以及响应迟滞时间，通过输出拉力与轴向拉力的相接，实现钢索与滑轮机构的混合串联拼接模型，得到飞机软式机械操纵系统的整体动力学模型；然后通过遗传算法，评价飞机软式传动系统的迟滞时间、系统整体等效刚度和整体摩擦，实现对传动系统的主要输入参数的优化。

所述的主要输入参数包括：钢索直径、弹性模量、初始拉力和轴向拉力。

所述的钢索-滑轮机构模块的输入参数包括：钢索直径、弹性模量、初始拉力、刚性位移、滑轮半径、轴向拉力、滑轮包角和钢索密度，输出参数包括：钢索伸长量、输出拉力和钢索迟滞时间。该模块输入相应的参数后，根据应变能公式求出广义弹性力，单独计算钢索与滑轮的法向接触力和切向接触力，最后根据动力学方程，输出相应的动力学特性参数，包括钢索伸长量、输出拉力和钢索迟滞时间。

所述的钢索单元模块的输入参数包括：钢索直径、钢索长度、弹性模量、钢索密度、初始拉力和轴向拉力，输出参数包括：钢索伸长量、输出拉力及迟滞时间。该模块输入相应的参数后，根据虚功原理计算得到广义外力、广义弹性力和广义阻尼力，最后根据动力学方程，输出相应的动力学特性参数，包括钢索伸长量、输出拉力及迟滞时间。