PDF《舵机反操纵负载台设计》

摇2003 年3月第29 卷第3 期北京航空航天大学学报Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics March摇2003 Vol.

29摇No郾3摇收稿日期: 2001鄄10鄄10 摇 作者简介: 曹摇 彤(1962-),女,北京人,硕士生,100083,北京. 舵机反操纵负载台设计 曹摇 彤摇 摇 孙杏初 (北京航空航天大学 机械工程及自动化学院) 摇摇欧阳沁摇 摇 郑时镜 (航天总公司二院二部) 摇摇摘摇 摇摇要: 反操纵气动力加载设备,技术关键在于加载强度大,对称性与线性 度要求高,加载元件小巧. 通过引用机器人的平衡技术,解决了上述技术关键. 设计出 了我国第一台模拟舵机反操纵加载的试验台. 关摇 键摇 词: 舵机;

模拟试验;

舵面反操纵 中图分类号: V

224 文献标识码: A摇摇摇摇文章编号: 1001鄄5965(2003)03鄄0252鄄03 1摇 问题的提出 舵机负载试验台用于模拟舵面正反操纵气动 力加载,以实现舵机系统、控制系统在反操纵情况 下的性能试验. 所谓"反操纵冶,是在气动压力中 心位于舵面转轴前所出现的操纵情况,即气动载 荷对舵轴产生的力矩 M 将致使舵面偏转角 啄(即 舵偏角)进一步增大,接着 M 又加大,造成舵偏角 啄 发散的情况(见图 1). 过去飞行器设计是不允 许这种反操纵现象出现的,设计时要使各种飞行 速度下气动压力中心位于舵面转轴之后,这样就 会使舵机力矩与功率增大. 随着科学技术的发展, 目前先进的舵机、控制系统已能实现反操纵情况 下的正常操纵,这样舵机力矩、功率可大为减小, 重量也大为减轻,对提高飞行器性能有着重大意 义. 图 1摇 反操作现象 为了检验这种舵机、控制系统的可靠性及其 性能,必须在地面模拟反操纵气动力进行加载控 制试验. 实现反操纵气动力加载的设备,在国内尚 属空白. 其技术关键在于加载强度大,又要求有较 高的对称性( 依啄 情况下)与线性度(M邑啄),加载 元件又要小巧,故技术难度大. 通过反复构思、试验、分析比较,最终巧妙地引用了机器人的平衡技 术,成功地解决了上述技术关键,设计出了我国第 一台模拟舵机反操纵加载的试验台. 2摇 任务及技术指标 模拟舵面正反操纵气动加载系统的主要技术 指标见表 1. 表 1摇 主要技术指标 指标 数值 最大加载力矩 Mmax = 依450 N・m 最大舵偏角 啄max = 依32毅 加载梯度 M/ 啄= 40,30,20,10,5 N・m/ (毅) 加载对称性偏差 驻1 役5% (相对值) 加载线性度偏差 驻2 役18% (相对值) 摇摇由于加载中载荷大,技术指标难度大(对称 性、线性度等),因此,它是试验台设计中的关键. 3摇 总体方案选择 在总体方案设计阶段考虑了两种结构方案: 一种为扭杆方案;

另一种为弹簧方案. 其原理图如 图2所示. 经过具体结构打样,理论分析,参数设 计,最后进行比较,结果见表

2 所示. 图 2摇 总体方案原理图 表 2摇 扭杆方案与弹簧方案的比较 指标 扭杆方案 弹簧方案 受力情况 不在同一平面,传力长. 舱体受扭. 受力于同一 平面, 传力 短. 舱体受压. 计算模型 复杂, 误差大, 可靠性低. 简单, 误差小, 可靠性大. 结构工艺性 布局不能轴对称, 工艺 装配精度要求高,难. 布局轴对称,工艺简单, 弹簧较常规. 操作使用情 况 操作 扭矩大, 达470 kg ・m. 一个人操作有困难. 操作力矩仅为扭杆的

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100 左右:3 kg・m. 操作 很方便,省劲. 加工成本 扭杆数学模型中无简单 的比例关系,因此对应