专利名称：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的制作方法
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。
背景技术：
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�：臀恢眯拚朔蚜舜罅康姆缍词匝槭奔�(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�：说氖奔浣铣ぃ� 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Y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，Y角运动控制器后端连接有Y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Y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。本实用新型的优点是与现有技术(闭环位置控制的)外挂物模型间歇式运动 方式不同，本实用新型通过实时采集外挂物模型受到的气动力和运动轨迹位置，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，确保外挂物模型连续运动，获得光 顺连续的外挂物模型运动轨迹，同时保持模型重心在真实运动轨迹上；与传统速度控制方 式不同，本实用新型不是连续控制外挂物运动的速度，即无需按速度缩尺缩至模型运动的 速度分量控制外挂物模型运动，而是通过实时采集外挂物模型受到的气动力和运动轨迹位 置，计算外挂物模型运动方程，实时闭环控制运动的位置与六自由度机构运行速度，进而克 服其起始调整和校核时间较长的缺点；与现有技术当中的CTS控制方式相比，节省风洞运 行时间和耗气量达到一半以上，在节省能耗、提高试验效率方面效果极其明显；而且，本实 用新型无需按速度缩尺缩至模型运动的速度分量控制外挂物模型运动，克服其起始调整和 �：耸奔浣铣さ娜钡悖赐夤椅锬Ｐ脱仄涔旒Ｊ橇硕模旒５乃俣群芸�(在2. 4 米跨声速风洞中的实验表明产生一条轨迹约需37-52秒的风洞运转时间)。
本实用新型将通过附图比较以及结合实例的方式说明图1是本实用新型装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型做进一步的说明优选实施例如图1所示的本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，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Y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，Y角 运动控制器后端连接有Y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Y角驱动器的后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。[0013]上述本实用新型的控制装置工作过程为投放外挂物模型六自由度定位机构的轨 迹位置和速度由主控计算机计算产生；主控计算机向X轴运动控制器、Z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Y角运动控制器发送投放外挂物模型六 自由度的运动位置与速度信息，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Y角驱动器联合控制投放外挂物模型六自由度定位机构，投放外挂物模型取得试 验所需的分离轨迹位置和速度；同时，数据采集系统采集测力天平检测到投放外挂物模型 所处位置的气动力信息与六自由度定位机构的位置传感器信息，供主控计算机进行分离轨 迹计算和速度控制计算用。本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
权利要求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，其特征在于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。
专利摘要本实用新型为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。目的是“通过实时采集在捕获轨迹风洞试验中外挂物模型受到的气动力，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。”技术方案是包括主控计算机和与其连接的六自由度运控控制器及其驱动器，六自由度控制器及其驱动器联合控制投放外挂物模型六自由度定位机构，以及用于检测投放外挂物模型位置信息的位置传感器，用于检测六自由度定位机构气动力信息的测力天平，位置传感器和测力天平通过数据采集系统将数据传送到主控计算机。本实用新型主要应用于捕获轨迹风洞试验中对外挂物模型连续运动的控制。
文档编号G01M9/02GK201653679SQ20102017591
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者于志松, 刘林, 刘烽, 刘维亮, 庞旭东, 张俊生, 张征宇, 李平, 祝汝松, 罗新福, 钟志刚, 饶正周, 马东平, 高峰, 高荣钊, 黄叙辉, 黄少棠 申请人:中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所
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