一种模拟空中两机加油对接实验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种模拟空中两机加油对接实验平台，属于飞行器飞行模拟教学技术领域，结构上包括实验平台包括床身、滑块、X轴拖板、X轴步进电机、X轴齿条垫板、Y轴拖板、Y轴步进电机、限位开关、Z轴直线步进电机、导柱、方位电机安装板、激光传感器、外框、俯仰轴力矩电机、俯仰轴编码器、中框、内框、滚转轴力矩电机和滚转轴编码器，通过伺服电机为被控对象来模拟飞机六个自由度的姿态运动，反馈部分采用磁栅尺读头、激光传感器、高精度绝对式编码器，为模拟空中加油对接提供了验证方案。本发明专利技术可单独实现对飞行器X轴、Y轴、Z轴、俯仰、滚转、偏航六个通道模拟，且结构安全可靠，空间布局合理。

An experimental platform for simulating refueling docking of two aircrafts in the air

【技术实现步骤摘要】
一种模拟空中两机加油对接实验平台
本专利技术属于飞行器飞行模拟教学
，尤其涉及一种模拟空中两机加油对接实验平台。
技术介绍
空中加油技术一直在航空领域具有举足轻重的地位，这对于增加飞机的飞行时间，增长飞行距离具有重要意义。随着航空事业的不断发展，更加复杂的飞行任务也迫切需要飞机具有更长的续航能力，因此，完善更加成熟的空中加油对接技术至关重要。常见的空中加油方式有两种,硬式加油和软式加油。软式加油易受气流扰动，对接困难，而刚性加油意味着在加油过程中，必须确保相对静止，需要极高的控制精度，难度更大，稍有不慎，可能导致机毁人亡。我国空中加油技术起步较晚，因此，建立一套模拟空中两机加油对接实验平台对于验证加油对接算法的可行性很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的在教学中无相关模拟装置的问题，而提出的一种模拟空中两机加油对接实验平台。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种模拟空中两机加油对接实验平台，包括床身、X轴齿条垫板、受油机系统和加油机系统，X轴齿条垫板位于床身内，受油机系统和加油机系统位于床身上沿X轴齿条垫板移动，受油机系统和加油机系统两者结构相同；所述受油机系统或加油机系统包括滑块、X轴拖板、X轴步进电机、Y轴拖板、Y轴步进电机，限位开关、Z轴直线步进电机、导柱、方位电机安装板、外框、俯仰轴力矩电机、俯仰轴编码器、中框、内框、滚转轴力矩电机、滚转轴编码器；所述X轴步进电机位于X轴拖板上，X轴拖板通过滑块在X轴齿条垫板上移动；所述Y轴拖板位于X轴拖板上，Y轴拖板的运动方向与X轴拖板的运动方向相互垂直，所述Y轴步进电机、限位开关、Z轴直线步进电机、导柱均安装在Y轴拖板上，所述方位电机安装板安装于导柱上，由Z轴直线步进电机控制升降；所述外框位于方位电机安装板上，所述俯仰轴力矩电机和俯仰轴编码器分别安装在外框两侧，所述中框位于外框中间位置，所述内框安装在中框内侧，通过轴连接，所述滚转轴力矩电机安装在中框外侧；所述滚转轴编码器安装在滚转轴力矩电机电机轴上，所述内框上可放置摄像头或缩比模型飞行器。作为更进一步的优选方案，所述X轴拖板的侧边设有X轴磁栅尺读数头，所述Y轴拖板的侧边设有Y轴磁栅尺读数头。作为更进一步的优选方案，所述Y轴拖板上还设有微动开关支架，限位开关位于微动开关支架上。作为更进一步的优选方案，所述方位电机安装板的底部设有激光传感器。作为更进一步的优选方案，所述外框与方位电机安装板之间还设有DD马达。有益效果：1.本实验平台将空中加油对接的理论知识转化为具体的实物操作，弥补了当前空中加油基础课程教育实验教具的空缺，提高了教学效率和质量。2.本实验平台模拟了飞机的六个自由度状态，无论是加油机模块还是受油机模块，每个自由度都可进行控制，可独立进行运动也可同时运动，模拟仿真度高。同时采用高精度的编码器，使得读取数据更加准确，有利于算法的验证。上位机监控加油机与受油机的各个姿态角信息，并根据加油对接情况可以进行实时调整。3.减少成本投入：在真机试验前先对算法进行验证，避免因算法失误而造成的经济损失。附图说明图1是本专利技术的整体架构图；图2是本专利技术的主视图；图3是本专利技术的左视图；图4是本专利技术的俯视图；图5是本专利技术的总控模块原理示意图；图6是本专利技术的加油机和受油机控制模块原理示意图；其中，1-床身，2-滑块，3-X轴拖板，4-X轴步进电机，5-X轴磁栅尺读数头，6-X轴齿条垫板，7-Y轴拖板，8-Y轴步进电机，9-Y轴磁栅尺读数头，10-微动开关支架，11-限位开关，12-Z轴直线步进电机，13-导柱，14-方位电机安装板，15-激光传感器，16-DD马达，17-外框，18-俯仰轴力矩电机，19-俯仰轴编码器，20-中框，21-内框，22-滚转轴力矩电机，23-滚转轴编码器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，详细描述本专利技术的实施方式，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。如图1所示，加油对接实验台可分为机械设计部分与电气控制部分。机械设计部分主要由两个可以模拟六自由度的运动平台组成，即受油机运动平台和加油机运动平台，以伺服电机为对象来模拟每个自由度的运动状态，反馈部分采用磁栅尺读头、激光传感器、高精度绝对式编码器等以保证精度。每个运动平台都有相应的控制模块，通过控制模块发送操纵量给运动平台，运动平台通过编码器、磁栅尺读头、激光传感器将位置信息反馈给控制模块。如图6所示，所述伺服电机中除了力矩电机是自行设计的H桥驱动外，其他所有电机都配有电机驱动器。电气控制部分是基于STM32单片机平台设计，分为受油机控制模块、加油机控制模块和总控模块。每个控制模块都满足直流9V~36V的输入电压范围，且都搭载了EEPROM，具有断电保存数据的功能。前两个模块执行对六自由度平台的运动控制及位置读取，总控模块主要进行指令下达，获取姿态信息，以及通过UDP与上位机通信来查看位置曲线。如图5所示，本专利技术为了提高通信的实时性，通过SDR400高速数传电台，采用了“一对一”的通信方式，即总控模块上搭载了两个SDR400数传电台，分别与加油机/受油机控制模块进行数据交互，保证了实时性。其中，SDR400可通过AT指令进行通信方式的配置，本专利技术配置如下：将总控模块上的两个SDR400分别配置成主站1和主站2，将加油机控制模块配置成从站1，受油机控制模块配置成从站2，其中，主从对应才能进行通信，总控模块可同时对两个控制模块进行数据收发，而总控模块与上位机是采用UDP通信，同时总控模块也预留了RS422接口。所述的上位机，主要有以下几个功能：一是实现整个实验台的回零操作；二是上位机界面设置了微调按钮，可单独对每个自由度的位置进行修正；三是可查看各个平台的位置曲线，通过它们的相对位置来得出相应的操作指令；四是输出打印，实验获得数据以及曲线可进行打印，方便后面的数据记录与分析。整个实验平台上电有三个开关，一个是总开关，控制整个实验平台，安装在床身短边一侧；一个是受油机运动平台控制开关，控制受油机运动平台的得电，安装在受油机运动平台的X轴拖板下侧；一个是加油机运动平台控制开关，控制加油机运动平台的得电，安装在加油机的X轴拖板下侧。后两个开关又分别接上了延时继电器，使得每个自由度的电机依次上电，避免因同时上电时启动电流过大而导致的跳闸。如图2、图3、图4所示，两个六自由度运动模块通过滑块2安装在床身1上，六自由度运动平台自下而上为X轴拖板3，X轴拖板3长边一侧装有X轴步进电机4，长边另一侧装有X轴磁栅尺读头5，其中X轴磁栅尺装在X轴齿条垫板6上。Y轴拖板7通过滑块装在X轴拖板3上，在Y轴拖板7的短边一侧装有Y轴步进电机8，该电机通过齿轮与装在X轴拖板3上的斜齿条配合，能使Y轴拖板7在X轴拖板3上进行移动，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟空中两机加油对接实验平台，其特征在于：包括床身（1）、X轴齿条垫板（6）、受油机系统和加油机系统，X轴齿条垫板（6）位于床身（1）内，受油机系统和加油机系统位于床身（1）上沿X轴齿条垫板（6）移动，受油机系统和加油机系统两者结构相同；/n所述受油机系统或加油机系统包括滑块（2）、X轴拖板（3）、X轴步进电机（4）、Y轴拖板（7）、Y轴步进电机（8），限位开关（11）、Z轴直线步进电机（12）、导柱（13）、方位电机安装板（14）、外框（17）、俯仰轴力矩电机（18）、俯仰轴编码器（19）、中框（20）、内框（21）、滚转轴力矩电机（22）、滚转轴编码器（23）；/n所述X轴步进电机（4）位于X轴拖板（3）上，X轴拖板（3）通过滑块（2）在X轴齿条垫板（6）上移动；/n所述Y轴拖板（7）位于X轴拖板（3）上，Y轴拖板（7）的运动方向与X轴拖板（3）的运动方向相互垂直，所述Y轴步进电机（8）、限位开关（11）、Z轴直线步进电机（12）、导柱（13）均安装在Y轴拖板（7）上，所述方位电机安装板（14）安装于导柱（13）上，由Z轴直线步进电机（12）控制升降；/n所述外框（17）位于方位电机安装板（14）上，所述俯仰轴力矩电机（18）和俯仰轴编码器（19）分别安装在外框（17）两侧，所述中框（20）位于外框（17）中间位置，所述内框（21）安装在中框（20）内侧，通过轴连接，所述滚转轴力矩电机（22）安装在中框（20）外侧；/n所述滚转轴编码器（23）安装在滚转轴力矩电机（22）电机轴上，所述内框（21）上可放置摄像头或缩比模型飞行器。/n...

【技术特征摘要】
1.一种模拟空中两机加油对接实验平台，其特征在于：包括床身（1）、X轴齿条垫板（6）、受油机系统和加油机系统，X轴齿条垫板（6）位于床身（1）内，受油机系统和加油机系统位于床身（1）上沿X轴齿条垫板（6）移动，受油机系统和加油机系统两者结构相同；
所述受油机系统或加油机系统包括滑块（2）、X轴拖板（3）、X轴步进电机（4）、Y轴拖板（7）、Y轴步进电机（8），限位开关（11）、Z轴直线步进电机（12）、导柱（13）、方位电机安装板（14）、外框（17）、俯仰轴力矩电机（18）、俯仰轴编码器（19）、中框（20）、内框（21）、滚转轴力矩电机（22）、滚转轴编码器（23）；
所述X轴步进电机（4）位于X轴拖板（3）上，X轴拖板（3）通过滑块（2）在X轴齿条垫板（6）上移动；
所述Y轴拖板（7）位于X轴拖板（3）上，Y轴拖板（7）的运动方向与X轴拖板（3）的运动方向相互垂直，所述Y轴步进电机（8）、限位开关（11）、Z轴直线步进电机（12）、导柱（13）均安装在Y轴拖板（7）上，所述方位电机安装板（14）安装于导柱（13）上，由Z轴直线步进电机（12）控制升降；
所述外框（17）位于方位电机安装板（14...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟，盛守照，姜斌，王锦博，雍和，屈天祥，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32