本发明专利技术一种两级运动的九自由度捕获轨迹试验装置及方法，包括以下步骤：1一级模型和二级模型分别由三自由度运动机构和六自由度运动机构控制至初始分离位置；2测量一级模型和二级模型的气动载荷，两级运动捕获轨迹计算机解算一级模型和二级模型六自由度位姿；3将一级模型的姿态角反解为三自由度运动机构的电机位置；4将两级模型的相对位移和二级模型姿态角反解为六自由度运动机构的电机位置；5三自由度运动机构控制一级模型到指定姿态角，六自由度运动机构控制二级模型到指定位移和姿态角；6判断位置数量是否满足试验要求，若没有满足，重复1～5步骤，若满足，则保存一级模型和二级模型随时间变化的位移、姿态角和载荷数据，并结束试验。
【技术实现步骤摘要】
一种两级运动的九自由度捕获轨迹试验装置及方法
本专利技术涉及一种两级运动的九自由度捕获轨迹试验装置及方法，用于相似体积的航空航天两级飞行器的级间分离，属于高速风洞试验技术、飞行器飞行力学领域。
技术介绍
在航天器、火箭级间分离、飞机外挂物的发射与投放、子母弹抛撒，以及脱壳穿甲弹与弹托分离等飞行阶段，分离体和母体处于复杂的相互干扰的流场中，不良的分离特性不仅影响效果，还会导致多体间的相撞，甚至危及母机的安全。因此，通过地面风洞模拟试验来了解投放或分离的过程和动力学特性的轨迹捕获风洞试验(CaptiveTrajectorySystem，CTS)就十分必要。捕获轨迹风洞试验(CaptiveTrajectorySystem，CTS)。它是一种测量外挂物投放轨迹的试验技术，是风洞试验、计算流体力学试验和飞行力学试验的有机结合，是用于研究多体分离问题的主要手段，可获得与全尺寸飞行数据相当的试验结果，能有效评估分离安全特性。现有技术中的捕获轨迹试验技术如附图3所示，在飞机外挂物分离、火箭助推器分离、头罩分离等工程应用中起到了关键作用，但是仅仅研究较小较轻的分离体在分离过程中的分离特性，认为较大较重的被分离体受气动干扰影响可以忽略，在试验过程中保持不动。随着航空航天技术的发展，人们对相似体积飞行器间的分离问题也日益关注，比如空射火箭从飞机分离、两级入轨空天飞行器的并联级间分离，这类分离问题中两级飞行器的运动都会受到较大的影响，两级飞行器的分离运动都不容忽略，捕获轨迹试验需要模拟两级同时运动才能准确地研究空天飞行器并联级间分离问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题：针对相似体积飞行器的级间分离问题，提供一种两级运动的九自由度捕获轨迹试验装置及方法，本专利技术采用两套天平分别采集一级模型和二级模型的气动载荷，分别解算一级模型的六自由度位姿和二级模型的六自由度位姿，通过三自由度运动机构控制一级模型运动，通过六自由度运动机构控制二级模型运动，可以在风洞试验同时模拟两级模型的分离运动。本专利技术的技术解决方案：一种两级运动的九自由度捕获轨迹试验装置，包括特种试验段、三自由度运动机构、一级模型测力天平、一级模型、六自由度运动机构，二级模型测量天平、二级模型、三自由度运动机构控制系统、六自由度运动机构控制系统、两级运动轨迹捕获计算机、风洞测控系统；所述三自由度运动机构和六自由度运动机构均集成于特种试验段上，三自由度运动机构与特种试验段的上壁面固定，六自由度运动机构与特种试验段的两边侧壁面固定；三自由度运动机构和三自由度运动机构控制系统通过信号线和动力线连接，三自由度运动机构用于控制一级模型的俯仰运动、偏航运动和滚转运动，三自由度运动控制系统用于控制三自由运动机构上的三个电机按照指定信号运动；六自由度运动机构和六自由度运动机构控制系统通过信号线和动力线连接，六自由度运动机构用于控制二级模型的水平平移、垂直平移、侧向平移、俯仰运动、偏航运动和滚转运动，六自由度运动控制系统用于控制六自由度运动机构上的六个电机按照指定信号运动；一级模型内安装有一级模型测力天平，一级模型测力天平的支杆与三自由运动机构固定连接，一级模型测力天平通过信号线与风洞测控系统连接，一级模型测力天平用于测量一级模型的气动载荷码值信号，将其传送至风洞测控系统，风洞测控系统将气动载荷码值信号转换为气动载荷模拟量，并将其传送至两级运行捕获轨迹计算机；二级模型内安装有二级模型测力天平，二级模型测力天平的支杆与六自由度运动机构固定连接，二级模型测力天平通过信号线与风洞测控系统连接，二级模型测力天平用于测量二级模型的气动载荷码值信号，将其传送至风洞测控系统，风洞测控系统将气动载荷码值信号转换为气动载荷模拟量，并将其传送至两级运动捕获轨迹计算机；两级运动轨迹捕获计算机与三自由度运动机构控制系统、六自由度运动机构控制系统、风洞测控系统分别通过信号线连接。所述的两级运动捕获轨迹计算机安装有两级运动捕获轨迹试验程序，两级运动捕获轨迹试验程序用于读取和写入数据、解算一级模型六自由度位姿、解算二级模型六自由度位姿、反解三自由度运动机构电机位置、反解六自由度运动机构电机位置。所述的三自由度运动机构为双转轴机构。所述三自由度运动机构的旋转中心与一级模型的控制质心重合。所述六自由度运动机构为6-PTRT并联机构。一级模型的六自由度位姿和二级模型的六自由度位姿的参考坐标系都是风洞坐标系。一种两级运动的九自由度捕获轨迹试验方法，包括以下步骤：1a.风洞测控系统启动风洞，待流场稳定，一级模型和二级模型分别由三自由度运动机构和六自由度运动机构控制至初始分离位置；1b.两级运动捕获轨迹计算机获取一级模型和二级模型的气动载荷数据、风洞状态参数，解算一级模型六自由度位姿和二级模型六自由度位姿；1c.两级运动捕获轨迹计算机将一级模型的三个姿态角反解为三自由度运动机构的三个电机位置，并将三个电机位置传送至三自由度运动机构控制系统；1d.两级运动捕获轨迹计算机将一级模型的三个位移和二级模型的三个位移转换为两级模型三个相对位移，并结合二级模型的三个姿态角反解为六自由度运动机构的六个电机位置，并将六个电机位置传送至六自由度运动机构控制系统；1e.三自由度运动机构控制一级模型到达指定姿态角位置，六自由度运动机构控制二级模型到达指定位移和姿态角位置；1f.判断位置数量是否满足试验要求，若没有满足，重复1b～1e步骤，若满足，则保存一级模型和二级模型随时间变化的位移、姿态角和载荷数据，并结束试验。本专利技术与现有技术相比的优点如下：1.本专利技术采用两套天平同时测量两级模型的气动载荷，并传送至两级运动捕获轨迹计算机，可以同时解算两级模型的六自由度位姿；2.本专利技术通过一级模型的三自由度姿态角，反解得三自由度运动机构的电机位置，可以通过三自由度运动机构控制一级模型的三自由度姿态角；3.本专利技术通过一级模型的位移和二级模型的三自由度位移，转换为两级模型的相对三自由度位移，并结合二级模型的三自由度姿态角，反解得六自由度运动机构的电机位置，从而实现对两级相对三自由度位移和二级模型三自由度姿态角的模拟；4.本专利技术在风洞试验中可以同时模拟两级模型的分离轨迹，并获取分离轨迹点上的气动特性，为相似体积飞行器的级间分离研究提供更为有效的试验数据。附图说明图1为两级运动的九自由度捕获轨迹试验流程图；图2为两级运动的九自由度捕获轨迹系统示意图；图3为现有技术中使用的捕获轨迹系统示意图；具体实施方式下面结合附图1、附图2对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如附图1所示，本专利技术提供的两级运动的九自由度捕获轨迹试验方法包括以下步骤：1a.风洞测控系统启动风洞，待流场稳定，一级模型和二级模型分别由三自由度运动机构和六自由度运动机构控制至初始分离位置；1b.两级运动捕获轨迹计算机获取一级模型和二级模型的气动载荷数据、风洞状态本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种两级运动的九自由度捕获轨迹试验装置，其特征在于：包括特种试验段(1)、三自由度运动机构(2)、一级模型测力天平(3)、一级模型(4)、六自由度运动机构(5)，二级模型测量天平(6)、二级模型(7)、三自由度运动机构控制系统(8)、六自由度运动机构控制系统(9)、两级运动轨迹捕获计算机(10)、风洞测控系统(11)；/n所述三自由度运动机构(2)和六自由度运动机构(5)均集成于特种试验段(1)上，三自由度运动机构(2)与特种试验段(1)的上壁面固定，六自由度运动机构(5)与特种试验段(1)的两边侧壁面固定；三自由度运动机构(2)和三自由度运动机构控制系统(8)通过信号线和动力线连接，三自由度运动机构(2)用于控制一级模型的俯仰运动、偏航运动和滚转运动，三自由度运动控制系统(8)用于控制三自由运动机构(2)上的三个电机按照指定信号运动；六自由度运动机构(5)和六自由度运动机构控制系统(9)通过信号线和动力线连接，六自由度运动机构(5)用于控制二级模型的水平平移、垂直平移、侧向平移、俯仰运动、偏航运动和滚转运动，六自由度运动控制系统(9)用于控制六自由度运动机构(5)上的六个电机按照指定信号运动；一级模型(4)内安装有一级模型测力天平(3)，一级模型测力天平(3)的支杆与三自由运动机构(2)固定连接，一级模型测力天平(3)通过信号线与风洞测控系统(11)连接，一级模型测力天平(3)用于测量一级模型(4)的气动载荷码值信号，将其传送至风洞测控系统(11)，风洞测控系统(11)将气动载荷码值信号转换为气动载荷模拟量，并将其传送至两级运行捕获轨迹计算机(10)；二级模型(7)内安装有二级模型测力天平(6)，二级模型测力天平(6)的支杆与六自由度运动机构(5)固定连接，二级模型测力天平(6)通过信号线与风洞测控系统(11)连接，二级模型测力天平(6)用于测量二级模型(7)的气动载荷码值信号，将其传送至风洞测控系统(11)，风洞测控系统(11)将气动载荷码值信号转换为气动载荷模拟量，并将其传送至两级运动捕获轨迹计算机(10)；两级运动轨迹捕获计算机(10)与三自由度运动机构控制系统(8)、六自由度运动机构控制系统(9)、风洞测控系统(11)分别通过信号线连接。/n...
【技术特征摘要】
1.一种两级运动的九自由度捕获轨迹试验装置，其特征在于：包括特种试验段(1)、三自由度运动机构(2)、一级模型测力天平(3)、一级模型(4)、六自由度运动机构(5)，二级模型测量天平(6)、二级模型(7)、三自由度运动机构控制系统(8)、六自由度运动机构控制系统(9)、两级运动轨迹捕获计算机(10)、风洞测控系统(11)；
所述三自由度运动机构(2)和六自由度运动机构(5)均集成于特种试验段(1)上，三自由度运动机构(2)与特种试验段(1)的上壁面固定，六自由度运动机构(5)与特种试验段(1)的两边侧壁面固定；三自由度运动机构(2)和三自由度运动机构控制系统(8)通过信号线和动力线连接，三自由度运动机构(2)用于控制一级模型的俯仰运动、偏航运动和滚转运动，三自由度运动控制系统(8)用于控制三自由运动机构(2)上的三个电机按照指定信号运动；六自由度运动机构(5)和六自由度运动机构控制系统(9)通过信号线和动力线连接，六自由度运动机构(5)用于控制二级模型的水平平移、垂直平移、侧向平移、俯仰运动、偏航运动和滚转运动，六自由度运动控制系统(9)用于控制六自由度运动机构(5)上的六个电机按照指定信号运动；一级模型(4)内安装有一级模型测力天平(3)，一级模型测力天平(3)的支杆与三自由运动机构(2)固定连接，一级模型测力天平(3)通过信号线与风洞测控系统(11)连接，一级模型测力天平(3)用于测量一级模型(4)的气动载荷码值信号，将其传送至风洞测控系统(11)，风洞测控系统(11)将气动载荷码值信号转换为气动载荷模拟量，并将其传送至两级运行捕获轨迹计算机(10)；二级模型(7)内安装有二级模型测力天平(6)，二级模型测力天平(6)的支杆与六自由度运动机构(5)固定连接，二级模型测力天平(6)通过信号线与风洞测控系统(11)连接，二级模型测力天平(6)用于测量二级模型(7)的气动载荷码值信号，将其传送至风洞测控系统(11)，风洞测控系统(11)将气动载荷码值信号转换为气动载荷模拟量，并将其传送至两级运动捕获轨迹计算机(10)；两级运动轨迹捕获计算机(10)与三自由度运动机构控制系统(8)、六自由度运动机构控制系统(9)、风洞测控系统(11)分别通过信号线连接。
2.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢峰，张晨凯，魏忠武，李广良，董金刚，王帅，张江，秦永明，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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