低速風洞靜態(tài)試驗中WDPSS-8系統(tǒng)末端位姿偏移及補償研究.pdf

1、將繩牽引并聯(lián)機器人WDPSS-8系統(tǒng)支撐飛行器模型于低速風洞中做靜態(tài)和動態(tài)實驗可克服傳統(tǒng)硬式支撐和張線支撐的不足。前人的研究結果表明：由于繩索的柔性，與風場耦合行為所致形變會導致模型偏離規(guī)劃位姿，而導致試驗結果的誤差，需要補償位姿；同時還需關注繩索在層流風場中產(chǎn)生的振動問題。與風洞動態(tài)試驗中索系復雜的風致振動相比，靜態(tài)試驗中風致振動可在短時間內穩(wěn)定下來。因此本文研究僅定位于低速風洞靜態(tài)試驗中WDPSS-8系統(tǒng)索系流固耦合現(xiàn)象及末端位姿的

2、偏離與補償。
　　首先，對該系統(tǒng)進行運動學逆解和靜力學分析，基于Matlab求解單、雙自由度旋轉等21個位姿系統(tǒng)繩長和繩拉力參數(shù)，為后續(xù)數(shù)值仿真提供必要的參數(shù)。
　　接著，在對系統(tǒng)物理環(huán)境和約束精確分析的基礎上，基于 ANSYS/CFX對WDPSS-8系統(tǒng)的索系進行流固耦合分析，比較飛行器模型位于不同位姿的WDPSS-8系統(tǒng)在風場中所表現(xiàn)出的動靜力特性及飛行器的實際位姿。結果表明：繩索在風場中會產(chǎn)生形變，不同風向角、繩索傾角

3、的繩索在風場中的流固耦合行為均不相同，且繩索之間的流固耦合行為會互相干擾；運動互相牽制的繩索在風場中的形變導致WDPSS-8機構系統(tǒng)結構矩陣發(fā)生變化，致使根據(jù)未吹風條件求得的繩拉力值不能使飛行器穩(wěn)定于規(guī)劃位姿；吹風后飛行器位姿與既定位姿的差值超出風洞靜態(tài)試驗精度指標，需要補償。
　　然后，基于系統(tǒng)流固耦合分析結果提出基于迭代法調整繩拉力值的位姿補償方法，并采用這一方法對系統(tǒng)進行位姿補償。結果驗證此位姿補償方法可行：由于流、固體的耦

4、合，風載荷作用在不同位姿的飛行器上的力螺旋矢量不同，因此在位姿偏離較大的情況下不能只通過1次迭代就使位姿達到要求；通過仿真，經(jīng)過3~4次迭代可以求得使單、雙自由度轉動等21個飛行器位姿誤差補償在定位精度范圍內的繩拉力值。最后，對用于低速風洞靜態(tài)測力試驗現(xiàn)場的基于力控制技術的WDPSS-8系統(tǒng)末端位姿補償所涉及的關鍵技術進行剖析。
　　本文的研究結果為實現(xiàn)WDPSS-8系統(tǒng)支撐飛行器模型在低速風洞中進行靜態(tài)實驗的精確定位提供了一種方