基于绳牵引并联支撑系统的低速风洞动态试验关键技术研究

针对传统硬式支撑在进行风洞飞行器动态试验存在由于支架干扰较大造成的测量误差大等不足，提出可用于飞行器动态试验的，基于绳牵引并联机器人技术的风洞支撑系统这一新概念；研究其绳系时变结构的构型设计、机构的动力学特性、飞行器模型（动平台）振荡运动控制技术、动导数测量与解算新方法；对上述绳牵引并联机器人支撑系统进行总体设计，建造一台适用于低速风洞进行飞行器模型动态试验的实验样机；进行飞行器模型振荡运动控制的风洞动态试验研究，在实验室完成多种动导数试验要求的运动控制工作，并在低速风洞吹风条件下初步测量和解算出阻尼动导数。本项目的研究成果不仅能为飞行器模型的风洞动态试验提供一种新技术，还可丰富绳系时变结构的动力学和并联机构的动平台振荡运动控制理论。

针对传统硬式支撑在进行风洞飞行器动态试验存在由于支架干扰较大造成的测量误差大等不足，提出可用于飞行器动态试验的，基于绳牵引并联机器人技术的低速风洞支撑系统这一新概念。以WDPSS-8绳牵引并联机构作为飞行器模型支撑系统为例，对其运动学、绳系时变结构的构型设计、动力学特性、动刚度、振动特性、飞行器模型（动平台）振荡运动控制技术、动导数测量与解算新方法等关键技术问题进行了深入的理论研究和实验研究，对上述绳牵引并联机器人支撑系统进行总体设计，建造一台适用于低速风洞进行飞行器模型动态试验的实验样机，并进行了风洞动态试验验证研究。.针对绳干涉导致机构工作空间缩小的问题，提出了基于绳牵引并联机构的绳系时变结构的概念并建立了运动学模型；建立了绳与动平台干涉的理论计算模型，设计了两种解决绳干涉的时变结构方案，仿真结果表明绳系时变结构可避免绳与动平台干涉现象，增大动平台的工作空间，并在样机上得到了实验验证。.对WDPSS-8并联机构进行动力学分析，建立了机构的完整动力学模型，对绳系初始预紧力分布进行了优化设计与分析；根据机构的动力学模型，分别计算出滑块质量、动平台质量和动平台转动惯量引入的驱动力，表明在建立运动控制模型时，各构件的质量与惯量参数对系统的影响不能忽略。.基于推导出的WDPSS-8并联机构刚度表达式，讨论了影响因素；给出了机构的刚度随动平台平动和转动的变化规律。对上述两种时变结构方案进行了动刚度分析。推导了机构的振动方程，进行模态分析；建立了绳振动的微分方程，计算并绘出了各牵引绳的振动位移响应曲线。.根据飞行器飞行时的不稳定性表现，研究了绳牵引并联机构支撑的飞行器模型做小振幅的强迫振荡运动时的动导数解算方法，给出了根据测得的绳系拉力解算各种气动导数的公式。.根据风洞动态试验的要求，研制了第二代WDPSS-8原理样机，搭建了伺服系统及相应的电气系统、PMAC运动控制系统、位姿测量系统、绳拉力测量系统和数据采集系统件等硬件系统，编写了各个系统的软件，并对系统的试验能力进行了检验。.最后，对WDPSS-8样机进行了风洞动态吹风试验，获取了飞机模型的气动动导数。试验验证结果表明，绳牵引并联机构用于风洞动态试验的模型支撑是完全可行的。.本项目的研究为绳牵引并联机构在风洞试验中的应用打下理论与实践基础，也为绳牵引并联机构在其它领域的应用提供了参考。