[发明专利]一种舵机气动模拟负载装置

说明书

本发明公开了一种舵机气动模拟负载装置，装置中的横向位移平台和支架固定在安装平台上，差动气缸与横向移动平台铰接；摆臂通过圆柱滚子轴承与气缸活塞杆连接，被试舵机的输出轴与摆臂轴刚性连接，另一端与扭矩传感器连接；被试舵机输出轴转动带动摆臂一起摆动，扭矩传感器和角度传感器分别采集被试舵机所受力矩数值和输出角度并输入到计算机控制系统；计算机控制系统模拟飞行器各种不同姿态条件下被试舵机的受力模式，来调节差动气缸产生拉力和推力的大小，并与扭矩传感器形成闭环伺服控制，通过调节差动气缸活塞两端的压力值大小来精确控制作用在舵机输出轴上力矩大小，利用本发明在地面即可进行飞行器全过程的飞行实验和可靠性试验。

技术领域

本发明属于航空技术领域，特别涉及一种舵机地面试验模拟气动加载装置。

背景技术

飞行器的地面舵机模拟加载装置是模拟飞行器空中飞行时舵面所受高速空气的舵机动力矩，其功能就是在实验室条件下复现飞行器在飞行过程中舵机所受到的负载情况，进而验证了飞行器的控制系统对飞行器的真实控制品质，检验是否达到设计指标要求。传统的舵机模拟负载装置，基本是采用一个施力机构，该机构由电液伺服阀、液压缸、及控制器组成，或用伺服电减速机构及直线执行器组成的两种直接施力机构。其中液压缸施力输出，或伺服电机控制器的施力输出均直接加到被测试舵机的输出轴上。施加力的大小是由控制系统输入的电压信号决定。任何施力机构响应速度都是有限的，而且随舵面的位置的不断变化，会产生较大的多余力，其影响仿真精度，达不到理想的空中实际情况。

因此让舵机模拟负载装置最大限度的减少多余力是传统模拟负载装置设计的追求方向。通常的改进途径就是提高施力机构的响应速度和采用新的高精度控制方法，施力的响应速度受液压伺服系统，或电动伺服系统固有响应频率的限制，导致伺服加载系统达到一定程度就无法完全消除自身产生的多余力。

中国专利《变刚度舵机仿真加载装置》，申请号：CN200710119937.0，其核心内容是通过液压或电拖动伺服机构中增加改变扭杆弹簧杆的工作长度来模拟飞行器不同高度、不同速度时舵面所受气动力矩，该方案比较有效的解决了传统加载装置中存在较大的多余力问题。该专利的技术核心就是根据在飞行过程中，舵面所受的气动力与舵机所受气动力矩近似呈线性关系这一特点，将仿真加载装置的加载力矩定义为舵偏角的正比函数。但在实际飞行过程中，飞行器舵机所承受的负载力矩不仅与舵偏角有关，还与飞行攻角、侧滑角和飞行器自旋转速有关。

中国专利《飞行器舵机非舵偏负载力矩跟踪机构》，申请号：CN200910079816.7，采用了根据当前负载刚度将非舵偏负载力矩转为力矩当量角，通过位置伺服系统进行实时跟踪，从而达到跟踪由于非舵偏角因素造成的多余附加的负载力矩的目的。

以上两项专利的装置在进行负载模拟的过程中均会产生多余的力矩，进而会影响模拟的实际效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种舵机气动模拟负载装置，工作过程中无多余力矩产生，且具有施加反作用力及由于攻角、侧滑角及弹体自旋产生的非舵偏力矩等优点。

一种舵机气动模拟负载装置，该装置包括安装平台、差动气缸、横向位移平台、计算机控制系统、用于安装摆臂、扭矩传感器和被试舵机的支架；所述横向位移平台和支架固定在安装平台上，差动气缸与横向移动平台铰接；两个摆臂的一端活动连接在对应的支架上，摆臂另一端通过圆柱滚子轴承与活塞杆铰接，被试舵机的输出轴与摆臂连接支架的一端同轴刚性连接扭矩传感器；被试舵机输出轴转动带动摆臂一起摆动，扭矩传感器实时采集被试舵机所受力矩数值并输入到计算机控制系统，与摆臂同轴连接的角度传感器实时测量被试舵机的输出角度；计算机控制系统模拟飞行器各种不同姿态条件下被试舵机受力不同来调节差动气缸两端的压差，且产生拉力和推力的改变，并与扭矩传感器形成闭环伺服控制，达到通过调节差动气缸活塞两端的压力值大小来精确控制作用在舵机输出轴上力矩大小的目的。此过程中是靠气压值变化来产生扭矩，无伺服系统跟随响应特性的制约及没弹性元件，不会产生多于力。