本发明专利技术为基于风洞虚拟飞行的战斗机Herbst机动模拟方法及其装置，属于航空航天技术领域。其目的是建立一个在风洞中开展Herbst机动过程中气动特性研究的实验平台，为现代战斗机高机动技术的发展提供重要研究手段。该发明专利技术技术方案主要包括快速拉起系统、圆锥运动系统以及摇滚支杆，通过控制各系统伺服电机将快速拉起运动与圆锥运动结合以实现对Herbst机动动作的模拟。此外，本发明专利技术不仅局限于对Herbst机动的模拟，快速拉起运动、圆锥运动以及绕自身体轴滚转运动可以完全自由组合，实现不同的运动过程仅需修改控制程序中相关参数。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种模拟战斗机Herbst机动动作的方法及装置，主要用于风洞实验研究，属于航空航天
技术介绍
随着航空科技的快速发展，战斗机高机动性的要求日趋强烈。现在，高机动性已经是新一代战机所必需满足的主要技术指标之一。而目前比较有名且具备实用意义的大迎角过失速机动战术动作有“眼镜蛇”机动、柯比特机动(Kulbit)、钟摆机动(Bell)、赫布斯特机动(Herbst)等等。其中，Herbst机动力图以最小半径、最快速度改变机头指向，从而使飞机迅速占据有利位置或迅速将机身指向目标，在空战中获得战术优势，是非常有代表性的机动。Herbst机动是以最早提出过失速机动概念的德国人Wolfgang Herbst命名的。该机动如图1所示，飞机以0. 5马赫数或更高速度进入(过程a)，急拉杆使迎角快速增加并降低飞行速度，直到超过失速迎角(过程b)，再绕速度矢量滚转到一个新的飞行方向(过程c)，推杆使飞机低头卸载并加速(过程d)，从而通过减小转弯半径的方式实现快速调头的目的。由于该机动过程的复杂性，目前国内外关于Herbst机动的研究非常少。而对于这类复杂空气动力学问题，较常用的研究手段是风洞实验，但在国内风洞中尚未见到可开展 Herbst机动过程飞机气动特性研究的实验方法与装置。基于目前空中战术对战斗机高机动性的急切需求以及国内外Herbst机动研究的空白现状，有必要率先发展Herbst机动的模拟方法及其装置，以便开展现代飞行器高机动性的风洞实验研究。
技术实现思路
本专利技术提出一种模拟Herbst机动动作的方法与装置，其目的是针对上述论述的 Herbst机动研究的空白现状，结合测压、测力以及PIV实验技术，建立一个可以在风洞中开展Herbst机动过程飞机气动特性研究的实验平台，为现代战斗机战术动作的发展提供重要的研究平台和技术手段。本专利技术是一种基于风洞虚拟飞行的战斗机Herbst机动模拟方法及其装置，其模拟方法主要包括装置制作与准备，系统控制方法，同步测量方法；其模拟装置主要包括 快速拉起系统1 (图幻，圆锥运动(绕速度矢量滚转运动)系统3 (图幻，摇滚支杆3. 11 (图 5)。详细阐述如下本专利技术是一种基于风洞虚拟飞行的战斗机Herbst模拟方法，其步骤如下1、装置制作与准备(1)快速拉起系统1的设计制作。伺服电机1. 1驱动拉起系统主轴1. 5，主轴与摇臂2相连，如图3所示，该系统可完成由电机控制的快速拉起过程。(2)圆锥运动系统3的设计制作。伺服电机3. 7驱动圆弧导轨3. 10旋转，在圆锥运动过程中，导线的引出通过引电滑环3. 4实现，如图4所示。该系统可完成由电机控制的圆锥运动过程。(3)摇滚支杆3. 11的设计制作。模型与支杆主轴3. 11. 4直接相连，支杆主轴 3. 11. 4另一端通过联轴节3. 11. 2可与外部电机3. 14及减速器3. 13相连，如图5所示。支座3. 11. 1通过套筒3. 12与圆弧导轨3. 10相连。该系统方便了模型滚转姿态的调整。(4)为使模型在整个Herbst机动过程中，其参考中心与风洞没有相对移动，整个系统在尺寸上务必满足拉起轴线、圆锥运动轴线以及模型自身体轴相交于模型参考中心， 如图2所示。2、系统控制方法(1)模型初始姿态调整。将模型固定于支杆3. 11上，改变圆弧导轨3. 10在圆弧支撑座3. 9中的位置，可以调节圆锥运动迎角(支杆轴线与圆锥运动轴线的夹角)，本实例预设圆锥运动迎角为70° (如图4所示)，再通过销钉孔将圆弧导轨3. 10与圆弧支撑座3. 9 固定。通过摇臂2将圆锥运动系统3与快速拉起系统1相连，控制圆锥运动伺服电机3. 7 使圆弧导轨平面与横梁3. 2垂直，控制快速拉起伺服电机1. 1使模型与来流风速平行，即模型攻角为0。控制摇滚支杆伺服电机3. 14使模型纵向对称面与拉起运动轴线垂直。(2)Herbst机动动作模拟。Herbst机动过程为飞机快速拉起直到超过失速迎角， 继续绕风轴滚转180°，然后低头将攻角降为0°。按此过程可预设模型姿态角随时间的变化规律，进而转换为各驱动电机所发的脉冲数量随时间的变化规律，将此脉冲时序指令通过板卡发送到伺服电机驱动器上，从而驱动电机按此脉冲指令运行使模型完成Herbst机动的模拟过程。Herbst机动过程的速度调节只需修改预设模型姿态角随时间的变化规律， 转化为脉冲时序指令发送到伺服电机驱动器即可。3、同步测量方法(1)圆锥运动过程中测量信号的导出。本专利技术将各种测量信号线通过中空圆弧导轨3. 10与中空圆弧支撑座3. 9连接到引电滑环3. 4(如图4所示)上，引电滑环的输出线通过中空横梁3. 2连接到风洞4外，从而避免了信号线在圆锥运动过程中与装置缠绕的问题。( 流动测量信号之间的同步。风洞实验中常见的流动测量手段有天平测力、表面测压以及PIV定量化流场测量。当同时采用多种测量手段时，往往要求各测量信号之间同步采集。以上三种测量手段的同步，首先将采集模式设定为外触发，即由板卡接收外部信号进行触发采集；然后只需保证各自板卡接收的外触发信号同步即可，本专利技术实例该过程通过同步盒实现，如图6所示。(3)运动与流动测量之间的同步。在Herbst机动过程中采集流动测量信号时，需要获得采集时刻模型的姿态角，即保证运动与流动测量之间的同步。首先，模型的姿态角可通过伺服电机的编码器获得，当模型运动到所要测量流动信号的姿态角时，向流动测量设备的板卡发出脉冲触发信号，本专利技术连接到同步盒的输入端，同步盒输出端分别连接天平测力、表面测压以及PIV定量化流场测量的板卡，如图6所示，从而实现了运动与流动测量之间的同步。本专利技术是一种基于风洞虚拟飞行的战斗机Herbst模拟装置，其包括有快速拉起系统1，圆锥运动系统3，摇滚支杆3. 11。1、快速拉起系统。如图3所示，伺服电机1. 1与减速器1. 2相连，通过齿轮副1. 3 和1. 4将旋转运动传递到拉起主轴1. 5，拉起主轴1. 5与摇臂2直接相连，该系统通过伺服电机驱动可实现模型绕拉起主轴1. 5的旋转运动，旋转角度和方向不限。2、圆锥运动系统。如图4所示，伺服电机3. 7通过齿轮3. 5和3. 8将旋转运动传递到圆弧支撑座3. 9，圆弧导轨3. 10设置销钉孔与圆弧支撑座相固定，引电滑环3. 4用来传递信号直接与圆弧支撑座3. 9相连。整个圆锥运动系统3通过横梁3. 2及“Z”字转接头 3. 1与快速拉起系统1相连。该系统通过伺服电机驱动可实现模型绕圆锥运动轴线的旋转运动，旋转角度和方向不限。3、摇滚支杆。包括支座3. 11. 1、联轴节3. 11. 2、整流套筒3. 11. 3及支杆主轴 3. 11. 4，其中，支杆主轴3. 11. 4两端分别连接模型与联轴节3. 11. 2，联轴节3. 11. 2另一端可连接电机控制模型摇滚运动，也可连接编码器记录模型自由摇滚历程。模型支杆3. 11通过套筒3. 12与圆弧导轨3. 10相连。该系统通过伺服电机驱动可以实现模型绕自身体轴的旋转运动，旋转角度和方向不限。4、整个系统在尺寸上满足拉起轴线、圆锥运动轴线以及模型自身体轴相交于模型参考中心，如图2所示。本专利技术将快速拉起与圆锥运动结合以实现模拟Herbst机动动作的目的，但本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．基于风洞虚拟飞行的战斗机Ｈｅｒｂｓｔ机动模拟方法及其装置，其主要特征在于：该装置包括快速拉起运动系统、圆锥运动系统、摇滚系统。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邓学蓥，王延奎，武广兴，田伟，马宝峰，李岩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。