一种水空跨越飞行器模型出入水控制方法技术

本发明专利技术属于水空跨越飞行器研制技术领域，公开了一种水空跨越飞行器模型出入水控制方法。本发明专利技术的水空跨越飞行器模型出入水控制方法通过控制液压马达的旋转方向，实现飞行器模型沿出入水轨道从空气进入水中或从水中进入空气。通过液压马达闭环转角控制，实现飞行器模型在出入水轨道上的准确定位。通过闭环控制液压马达转速，使之按照设定转速运行，实现飞行器模型的匀速入水或匀速出水。在飞行器模型跨越水面前后，通过将液压马达从闭环转速控制模式切换为开环力矩控制模式，并使液压马达输出零力矩，实现飞行器模型的自由入水或自由出水。本发明专利技术的水空跨越飞行器模型出入水控制方法为水空跨越飞行器研制提供了技术支撑。法为水空跨越飞行器研制提供了技术支撑。法为水空跨越飞行器研制提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种水空跨越飞行器模型出入水控制方法


[0001]本专利技术属于水空跨越飞行器研制
，具体涉及一种水空跨越飞行器模型出入水控制方法。

技术介绍

[0002]水空跨越飞行器是可在空中飞行和水下潜航的新概念飞行器，兼有飞行器的速度和潜航器的隐蔽性，具有高效突防打击能力和多任务能力。由于空气和水的物理性质有着很大的差别，研究水空介质过渡过程成为水空跨越飞行器研制的一项关键技术。
[0003]某飞行器模型出入水装置，是一种模拟水空跨越飞行器冲击入水（从空气进入水中）和冲击出水（从水中进入空气）运动过程的试验设备。飞行器模型固定在该飞行器模型出入水装置上，被其牵引带动，从空气进入水中时，涉及匀速入水和自由入水两种工况；从水中进入空气时，涉及匀速出水和自由出水两种工况。在匀速入水和匀速出水工况中，飞行器模型本体在跨越水面时保持匀速；在自由入水和自由出水工况中，飞行器模型本体在跨越水面时处于自由状态。
[0004]为模拟水空跨越飞行器匀速入水、匀速出水、自由入水和自由出水过程，基于已构建的某飞行器模型出入水装置，发展一种水空跨越飞行器模型出入水控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种水空跨越飞行器模型出入水控制方法。
[0006]本专利技术的水空跨越飞行器模型出入水控制方法，其特点是，所述的控制方法基于专用的飞行器模型出入水装置；所述的飞行器模型出入水装置的水槽轨道固定在试验水槽两侧池壁顶部；水槽轨道车、前导向车在水槽轨道上水平移动，到位后固定锁紧在水槽轨道上；出入水轨道的中段设置有若干个支撑铰点，每个试验工况有一个支撑铰点与水槽轨道车的首部相连；伺服油缸的伸出侧端部通过铰点与出入水轨道尾部相连；固定支杆的一端固定安装在出入水轨道靠近下端的位置上，固定支杆的另一端装卡在前导向车的竖直轨道内滑动；出入水轨道上端安装主动轮，下端安装从动轮；同步带张紧在主动轮和从动轮上，同步带与带轮之间齿啮合；模型车固定安装在同步带上，飞行器模型固定安装在模型车上；1#液压马达、2#液压马达同轴安装在出入水轨道上端的主动轮两侧；液压油源系统分别通过伺服油缸进/回油管路、1#液压马达进/回油管路、2#液压马达进/回油管路与伺服油缸、1#液压马达、2#液压马达相连；逻辑运动控制器通过伺服油缸控制/反馈电缆与伺服油缸相连，通过专用总线电缆与液压马达控制器相连；液压马达控制器分别通过1#液压马达控制/反馈电缆、2#液压马达控制/反馈电缆、1#液压马达编码器反馈电缆、2#液压马达编码器反馈电缆与1#液压马达、2#液压马达、1#液压马达编码器、2#液压马达编码器相连；逻辑运动控制器通过1#液压马达编码器分路反馈电缆与1#液压马达编码器相连，通过油源控制/反馈电缆与液压油源系统相连；伺服油缸驱动出入水轨道绕支撑铰点转动，实现出入水轨道的变角度运动；1#液压马达、2#液压马达同步、变速驱动主动轮，从动轮随动，拖动同步带携
模型车运动，实现飞行器模型沿出入水轨道单侧变速运动；逻辑运动控制器、液压马达控制器配合实现对液压油源系统、伺服油缸、1#液压马达和2#液压马达的运行控制，并监测液压油源系统、伺服油缸、1#液压马达和2#液压马达的运行状态和信息；所述的水空跨越飞行器模型出入水控制方法，包括以下步骤：S100.选择出入水轨道的支撑铰点，确定出入水轨道的角度；根据试验工况要求，选择出入水轨道的支撑铰点，控制伺服油缸作伸出/缩回运动，实现出入水轨道角度预置和精确定位，同时确保出入水轨道在水面上下的长度基本相等；S200.锁紧水槽轨道车和前导向车；将水槽轨道车、前导向车固定锁紧在水槽轨道上；S300.在模型车上安装飞行器模型并完成飞行器模型姿态预置；S400.模型车运动至出入水轨道的最上端；液压马达控制器控制1#液压马达和2#液压马达同步运行，将模型车运动至出入水轨道最上端；S500.选择飞行器模型的试验工况；考察飞行器模型姿态，如果飞行器模型头部朝向主动轮，则执行步骤S600，如果飞行器模型头部朝向从动轮，则执行步骤S700；S600.选择飞行器模型的出水试验控制方法；如果飞行器模型进行匀速出水试验，则执行步骤S800，如果飞行器模型进行自由出水试验，则执行步骤S900；S700.选择飞行器模型的入水试验控制方法；如果飞行器模型进行匀速入水试验，则执行步骤S1000，如果飞行器模型进行自由入水试验，则执行步骤S1100；S800.飞行器模型匀速出水；S810.将液压马达控制器置于闭环转角控制模式；S811.液压马达控制器控制1#液压马达和2#液压马达同步运行，将模型车从出入水轨道的最上端移动至最下端；S812.液压马达控制器控制1#液压马达和2#液压马达同步运行，将模型车从出入水轨道的最下端向水面方向低速移动，通过1#液压马达的1#液压马达编码器精确记录飞行器模型尾部恰好完全出水时1#液压马达的位置；S813.液压马达控制器控制1#液压马达和2#液压马达同步运行，使模型车回到出入水轨道的最下端；S820.将液压马达控制器从闭环转角控制模式切换为闭环转速控制模式；S821.根据试验工况的飞行器模型匀速出水速度设定值，逻辑运动控制器计算1#液压马达和2#液压马达对应的匀转速设定值Ⅰ并向液压马达控制器发送匀转速设定值Ⅰ的转速控制指令信号；S830.液压马达控制器接收到匀转速设定值Ⅰ的转速控制指令信号后，生成第一个转速指令曲线，公式如下：
(a)式(a)中，为第一个转速指令，是时间的函数；为匀转速设定值Ⅰ，常值，，小于等于1#液压马达和2#液压马达所允许的最大工作转速；为角加速度设定值，常值，，小于等于1#液压马达和2#液压马达所允许的最大角加速度；为比例因子，常值，，优选；在第一个转速指令曲线的初始阶段，1#液压马达和2#液压马达以角加速度设定值从零转速快速加速，在接近匀转速设定值Ⅰ时，1#液压马达和2#液压马达的角加速度设定值以直线形式降为零，实现1#液压马达和2#液压马达快速加速，同时降低转速过冲现象；S840.液压马达控制器按照第一个转速指令曲线控制1#液压马达和2#液压马达同步运行，从静止开始反转加速运行直至达到匀转速设定值Ⅰ，模型车带动飞行器模型从静止开始向水面方向加速运行，在飞行器模型头部出水前达到飞行器模型匀速出水速度设定值并保持飞行器模型匀速出水速度设定值，直到飞行器模型尾部完全出水；S850.逻辑运动控制器通过1#液压马达的1#液压马达编码器检测到飞行器模型尾部完全出水后，逻辑运动控制器向液压马达控制器发送零转速控制指令信号；S860.液压马达控制器接收到零转速控制指令信号后，生成第二个转速指令曲线，公式如下：(b)式(b)中，为第二个转速指令，是时间的函数；为匀转速设定值Ⅰ，常值，，小于等于1#液压马达和2#液压马达所允许的最大工作转速；为角加速度设定
值，常值，，小于等于1#液压马达和2#液压马达所允许的最大角加速度；为比例因子，常值，，优选；在第二个转速指令曲线的初始阶段，1#液压马达和2#液压马达以角加速度设定值从匀转速设定值Ⅰ快速减速，在接近零转速时，1#液压马达和2#液压马达的角加速度设定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水空跨越飞行器模型出入水控制方法，其特征在于，所述的控制方法基于专用的飞行器模型出入水装置；所述的飞行器模型出入水装置的水槽轨道（1）固定在试验水槽两侧池壁顶部；水槽轨道车（2）、前导向车（4）在水槽轨道（1）上水平移动，到位后固定锁紧在水槽轨道（1）上；出入水轨道（3）的中段设置有若干个支撑铰点（10），每个试验工况有一个支撑铰点（10）与水槽轨道车（2）的首部相连；伺服油缸（12）的伸出侧端部通过铰点与出入水轨道（3）尾部相连；固定支杆（5）的一端固定安装在出入水轨道（3）靠近下端的位置上，固定支杆（5）的另一端装卡在前导向车（4）的竖直轨道内滑动；出入水轨道（3）上端安装主动轮（6），下端安装从动轮（7）；同步带（8）张紧在主动轮（6）和从动轮（7）上，同步带（8）与带轮之间齿啮合；模型车（9）固定安装在同步带（8）上，飞行器模型固定安装在模型车（9）上；1#液压马达（13）、2#液压马达（14）同轴安装在出入水轨道（3）上端的主动轮（6）两侧；液压油源系统（11）分别通过伺服油缸进/回油管路（15）、1#液压马达进/回油管路（16）、2#液压马达进/回油管路（17）与伺服油缸（12）、1#液压马达（13）、2#液压马达（14）相连；逻辑运动控制器（18）通过伺服油缸控制/反馈电缆（22）与伺服油缸（12）相连，通过专用总线电缆（23）与液压马达控制器（19）相连；液压马达控制器（19）分别通过1#液压马达控制/反馈电缆（24）、2#液压马达控制/反馈电缆（25）、1#液压马达编码器反馈电缆（26）、2#液压马达编码器反馈电缆（27）与1#液压马达（13）、2#液压马达（14）、1#液压马达编码器（20）、2#液压马达编码器（21）相连；逻辑运动控制器（18）通过1#液压马达编码器分路反馈电缆（28）与1#液压马达编码器（20）相连，通过油源控制/反馈电缆（29）与液压油源系统（11）相连；伺服油缸（12）驱动出入水轨道（3）绕支撑铰点（10）转动，实现出入水轨道（3）的变角度运动；1#液压马达（13）、2#液压马达（14）同步、变速驱动主动轮（6），从动轮（7）随动，拖动同步带（8）携模型车（9）运动，实现飞行器模型沿出入水轨道（3）单侧变速运动；逻辑运动控制器（18）、液压马达控制器（19）配合实现对液压油源系统（11）、伺服油缸（12）、1#液压马达（13）和2#液压马达（14）的运行控制，并监测液压油源系统（11）、伺服油缸（12）、1#液压马达（13）和2#液压马达（14）的运行状态和信息；所述的水空跨越飞行器模型出入水控制方法，包括以下步骤：S100.选择出入水轨道（3）的支撑铰点（10），确定出入水轨道（3）的角度；根据试验工况要求，选择出入水轨道（3）的支撑铰点（10），控制伺服油缸（12）作伸出/缩回运动，实现出入水轨道（3）角度预置和精确定位，同时确保出入水轨道（3）在水面上下的长度基本相等；S200.锁紧水槽轨道车（2）和前导向车（4）；将水槽轨道车（2）、前导向车（4）固定锁紧在水槽轨道（1）上；S300.在模型车（9）上安装飞行器模型并完成飞行器模型姿态预置；S400.模型车（9）运动至出入水轨道（3）的最上端；液压马达控制器（19）控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，将模型车（9）运动至出入水轨道（3）最上端；S500.选择飞行器模型的试验工况；考察飞行器模型姿态，如果飞行器模型头部朝向主动轮（6），则执行步骤S600，如果飞行器模型头部朝向从动轮（7），则执行步骤S700；S600.选择飞行器模型的出水试验控制方法；
如果飞行器模型进行匀速出水试验，则执行步骤S800，如果飞行器模型进行自由出水试验，则执行步骤S900；S700.选择飞行器模型的入水试验控制方法；如果飞行器模型进行匀速入水试验，则执行步骤S1000，如果飞行器模型进行自由入水试验，则执行步骤S1100；S800.飞行器模型匀速出水；S900.飞行器模型自由出水；S1000.飞行器模型匀速入水；S1100.飞行器模型自由入水；S1200.选择是否结束试验，若选择否，回到步骤S1300，若选择是，则试验结束；S1300.选择是否改变出入水轨道（3）的角度，若选择否，回到步骤S300，若选择是，则回到步骤S100。2.根据权利要求1所述的水空跨越飞行器模型出入水控制方法，其特征在于，所述的步骤S800的飞行器模型匀速出水包括以下步骤：S810.将液压马达控制器（19）置于闭环转角控制模式；S811.液压马达控制器（19）控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，将模型车（9）从出入水轨道（3）的最上端移动至最下端；S812.液压马达控制器（19）控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，将模型车（9）从出入水轨道（3）的最下端向水面方向低速移动，通过1#液压马达（13）的1#液压马达编码器（20）精确记录飞行器模型尾部恰好完全出水时1#液压马达（13）的位置；S813.液压马达控制器（19）控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，使模型车（9）回到出入水轨道（3）的最下端；S820.将液压马达控制器（19）从闭环转角控制模式切换为闭环转速控制模式；S821.根据试验工况的飞行器模型匀速出水速度设定值，逻辑运动控制器（18）计算1#液压马达（13）和2#液压马达（14）对应的匀转速设定值Ⅰ并向液压马达控制器（19）发送匀转速设定值Ⅰ的转速控制指令信号；S830.液压马达控制器（19）接收到匀转速设定值Ⅰ的转速控制指令信号后，生成第一个转速指令曲线，公式如下：（a）式（a）中，为第一个转速指令，是时间的函数；为匀转速设定值Ⅰ，常值，，
小于等于1#液压马达（13）和2#液压马达（14）所允许的最大工作转速；为角加速度设定值，常值，，小于等于1#液压马达（13）和2#液压马达（14）所允许的最大角加速度；为比例因子，常值，；在第一个转速指令曲线的初始阶段，1#液压马达（13）和2#液压马达（14）以角加速度设定值从零转速快速加速，在接近匀转速设定值Ⅰ时，1#液压马达（13）和2#液压马达（14）的角加速度设定值以直线形式降为零，实现1#液压马达（13）和2#液压马达（14）快速加速，同时降低转速过冲现象；S840.液压马达控制器（19）按照第一个转速指令曲线控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，从静止开始反转加速运行直至达到匀转速设定值Ⅰ，模型车（9）带动飞行器模型从静止开始向水面方向加速运行，在飞行器模型头部出水前达到飞行器模型匀速出水速度设定值并保持飞行器模型匀速出水速度设定值，直到飞行器模型尾部完全出水；S850.逻辑运动控制器（18）通过1#液压马达（13）的1#液压马达编码器（20）检测到飞行器模型尾部完全出水后，逻辑运动控制器（18）向液压马达控制器（19）发送零转速控制指令信号；S860.液压马达控制器（19）接收到零转速控制指令信号后，生成第二个转速指令曲线，公式如下：（b）式（b）中，为第二个转速指令，是时间的函数；为匀转速设定值Ⅰ，常值，，小于等于1#液压马达（13）和2#液压马达（14）所允许的最大工作转速；为角加速度设定值，常值，，小于等于1#液压马达（13）和2#液压马达（14）所允许的最大角加速度；为比例因子，常值，；在第二个转速指令曲线的初始阶段，1#液压马达（13）和2#液压马达（14）以角加速度设定值从匀转速设定值Ⅰ快速减速，在接近零转速时，1#液压马达（13）和2#液压马达（14）的角加速度设定值以直线形式降为零，实现1#液压马达（13）和2#液压马达（14）的快速减速，同时降低转速过冲现象；S870.液压马达控制器（19）按照第二个转速指令曲线控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，反转减速运行直至转速降为零，模型车（9）带动飞行器模型从匀速开始减
速，在模型车（9）到达出入水轨道（3）最上端之前，模型车（9）停止运动；S880.将液压马达控制器（19）从闭环转速控制模式切换为闭环转角控制模式；S890.液压马达控制器（19）控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，使模型车（9）回到出入水轨道（3）的最上端。3.根据权利要求1所述的水空跨越飞行器模型出入水控制方法，其特征在于，所述的步骤S900的飞行器模型自由出水包括以下步骤：S910.将液压马达控制器（19）置于闭环转角控制模式；S911.液压马达控制器（19）控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，将模型车（9）从出入水轨道（3）的最上端移动至最下端；S912.液压马达控制器（19）控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，将模型车（9）从出入水轨道（3）的最下端向水面方向低速移动，通过1#液压马达（13）的1#液压马达编码器（20）精确记录飞行器模型尾部恰好完全出水时1#液压马达（13）的位置；S913.液压马达控制器（19）控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，使模型车（9）回到出入水轨道（3）的最下端；S920.将液压马达控制器（19）从闭环转角控制模式切换为闭环转速控制模式；S921.根据试验工况的飞行器模型自由出水速度设定值，逻辑运动控制器（18）计算1#液压马达（13）和2#液压马达（14）对应的转速设定值Ⅱ并向液压马达控制器（19）发送转速设定值Ⅱ的转速控制指令信号；S930.液压马达控制器（19）接收到转速设定值Ⅱ的转速控制指令信号后，生成第三个转速指令曲线，公式如下：（c）式（c）中，3为第三个转速指令，是时间的函数；为转速设定值Ⅱ，常值，，小于等于1#液压马达（13）和2#液压马达（14）所允许的最大工作转速；为角加速度设定值，常值，，小于等于1#液压马达（13）和2#液压马达（14）所允许的最大角加速度；为比例因子，常值，；在第三个转速指令曲线的初始阶段，1#液压马达（13）和2#液压马达（14）以角加速度设定值从零转速快速加速，在接近转速设定值Ⅱ时，1#液压马达（13）和2#液压马达（14）角加速度设定值以直线形式降为零，实现1#液压马达（13）和2#液压马达（14）快速加速，同时
降低转速过冲现象；S940.液压马达控制器（19）按照第三个转速指令曲线控制1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步运行，从静止开始反转加速运行直至达到转速设定值Ⅱ，模型车（9）带动飞行器模型从静止开始向水面方向加速运行，在飞行器模型头部出水前达到飞行器模型自由出水速度设定值并保持飞行器模型自由出水速度设定值，直到飞行器模型头部距水面还有0.5米距离；S950.逻辑运动控制器（18）通过1#液压马达编码器（20）检测到飞行器模型头部距离水面还有0.5米时，逻辑运动控制器（18）向液压马达控制器（19）发送开环力矩控制模式指令，并同...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘念，王飞，孙德文，杨强，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所，
类型：发明
国别省市：