● 摘要
机械式反操作负载模拟器是用于模拟飞行器在飞行过程中其舵面所受空气动力力矩载荷的地面半实物加载装置。它可以在实验室的条件下模拟飞行器舵面所受的各种空气动力力矩载荷谱，从而检测其舵机驱动系统的技术性能指标，将经典的自破坏的全实物实验转化为在实验室条件下的半实物的预测性实验，以达到缩短研制周期、节约研制经费、提高可靠性和成功率的目的。本论文根据既定的技术指标，设计并研究了机械式反操作负载模拟器。论文中提出了基于凸轮导轨和四杆机构的两种设计方案，分别建立了两种设计方案的数学模型，分析了各方案的可行性，并针对两种方案的机械结构和加载性能进行了对比，以四杆机构负载模拟器为目标，完成了底座部件、四杆机构、加载部件、辅助软件及辅助电气电路的设计。由于四杆机构中连杆承受很大拉力，连杆的变形可能对系统加载力矩特性产生不良影响，所以论文重点分析了连杆在刚性和柔性两种情况下，系统在各个加载梯度和不同频率下的加载力矩特性。现有的负载模拟器多为电液式，把降低多余力矩作为技术难点来解决，本论文所设计的机械式反操作负载模拟器也受多余力矩的影响，多余力矩主要是由弹簧间接加载在曲柄上的力矩偏差和四杆机构的惯性力矩引起的。惯性力矩随着机构的运动的速度和加速度变化而变化，随着负载模拟器的工作频率增大，多余力矩对力矩加载精度的影响增大，加载力矩的线性度变差。由Adams软件仿真的结果分析得出，所设计的机械式反操作负载模拟器在低频率或大的力矩加载梯度的情况下的加载精度较高，基本满足了技术指标要求，而改进方案碳纤维四杆机构的负载模拟器良好地达到了技术指标要求。本论文对进一步研究基于四杆机构的机械式反操作负载模拟器具有参考价值。