南昌航空大學科技學院學士學位論文1液壓飛行模擬轉(zhuǎn)臺機械結(jié)構(gòu)設計1.緒論1.1選題的依據(jù)及意義隨著飛機和導彈的快速發(fā)展，要求其具有更高的性能和穩(wěn)定性,這就要我們通過對他們的性能參數(shù)進行測量評估進而進行改進，但一架真正的飛機或一枚導彈的成本太高,我們不可能也沒有必要用一架真正的飛機或?qū)梺磉M行實驗采集數(shù)據(jù),這就要求我們采用一些比較合理的實驗裝置來實現(xiàn)飛機或?qū)椀娘w行狀態(tài)，這樣飛行模擬實驗轉(zhuǎn)臺得以發(fā)展。該轉(zhuǎn)臺可以將重物放在其上面也可以用來對飛行員進行培訓，因為它可以模擬飛機在空中飛行的各種姿態(tài)。該裝置的出現(xiàn)既達到了對飛機或?qū)椥阅軈?shù)的采集，進而改進，在成本上遠遠低于一架飛機或?qū)椀膬r格，對飛機和導彈的發(fā)展具有不可估量的價值。1.2國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢目前,大部分飛行模擬轉(zhuǎn)臺采用串聯(lián)式機構(gòu),而本設計則采用并聯(lián)式機械機構(gòu)來實現(xiàn)的。采用并聯(lián)機構(gòu)其承載能力大,機構(gòu)簡單。本機構(gòu)由上下兩個工作平臺,下平臺固定在地面上,上平臺用來放待實驗的物品,在上下平臺之間采用三個液壓缸連接,通過液壓缸上聲高度的不同,來實現(xiàn)上平臺的傾斜,而上平臺可由電動機帶動旋轉(zhuǎn)從而達到模擬飛機在飛行過程中的各種狀態(tài)。飛行模擬器研制及應用被認為是飛行模擬技術(shù)發(fā)展的基礎性工程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一直受到世界各國尤其是發(fā)達國家的高度重視。美國是世界上最早開展飛行模擬器研究和應用的國家，在技術(shù)和數(shù)量上一直居領(lǐng)先地位。據(jù)統(tǒng)計，美國的飛行模擬器研制和采辦費用每年增長一倍，僅1995年2000年的費用就高達36億美元。俄羅斯同樣是世界上的飛行模擬大國和強國，他們的所有飛機都配備有相應的飛行模擬器，僅空中飛行模擬器就有20余種，其中包括先進的空地綜合飛行模擬系統(tǒng)。值得提出的是，俄羅斯在飛行模擬器的基礎理論研究，特別是人-機工效學和飛行員建模與仿真等方面都名列前茅。英、德、法等國的飛行模擬器研制及應用也始終處于世界先進行列。我國在飛行模擬器研制及應用方面雖然起步比美、俄、英法等國較晚，但仍是世界上發(fā)展飛行模擬器較早的國家。于20世紀60年代開始使用射擊練習器和儀表飛行練習器，并建立了研究用飛機控制系統(tǒng)模擬試驗臺、航空發(fā)動機模擬試驗臺。20世紀80年代發(fā)展更快，先后研制成功了一系列研制用飛行模擬器和工程用飛行模擬器，并普及設計、制造和使用了各個機種的飛行模擬訓練器。出此，我國還是世界上少數(shù)能夠設計和建造空中飛行模擬器的國家之一，所以可堪稱為“飛行模擬器大國”。1南昌航空大學科技學院學士學位論文22機械結(jié)構(gòu)與液壓傳動系統(tǒng)設計該液壓飛行模擬實驗轉(zhuǎn)臺由升降系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成，可以通過升降系統(tǒng)來實現(xiàn)上工作平臺的傾斜角度、通過傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)上工作平臺的旋轉(zhuǎn)，從而達到模擬飛機或?qū)椩诳罩酗w行時的各種姿態(tài)，而控制系統(tǒng)則用來控制升降系統(tǒng)中各個液壓缸上升的高度和傳動系統(tǒng)中的電動機的轉(zhuǎn)速從而達到工作平臺要求的工作角度和旋轉(zhuǎn)速度。升降系統(tǒng)有液壓式、氣電式、氣壓式、汽液兩用式等，考慮到成本、實用性、使用舒適度等因素，我們最終選用了技術(shù)比較成熟的液壓系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)有齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、螺紋傳動、帶輪傳動，考慮到有沖擊則采用帶輪傳動，同時采用離合器從而減少對電動機的慣性沖擊。控制系統(tǒng)可以是微機、單片機、可編程控制器等，考慮到本次設計的飛行模擬實驗轉(zhuǎn)臺僅有3個液壓缸和一個電動機，控制器需要進行的運算量不大，而且本系統(tǒng)提供的功能并不復雜，單片機MCS-51足以。所以從節(jié)省成本的角度出發(fā)選擇了單片機控制系統(tǒng)。該液壓飛行模擬實驗轉(zhuǎn)臺機械結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。2.1升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析升降系統(tǒng)有液壓式、氣電式、汽液兩用式等，考慮到成本、實用性、使用舒適度等因素，我們最終選用了技術(shù)比較成熟的液壓系統(tǒng)。該升降系統(tǒng)由三個液壓缸組成。我們所設計的液壓飛行模擬轉(zhuǎn)臺的主要參數(shù)是總高約1500mm，最大行程為400mm，最大載荷為1t。因液壓飛行模擬轉(zhuǎn)臺載荷較大，位置精度要求較高，故上升速度不宜過大，最大上升速度應控制在50mm/min以內(nèi)。2.1.1液壓缸結(jié)構(gòu)由于液壓缸的外形尺寸較大，需承受的較大的沖擊載荷，所以初步擬定采用了法蘭型液壓缸的結(jié)構(gòu)原型，并在此基礎上針對液壓缸的使用特性進行調(diào)整其總體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。為了實現(xiàn)工作平臺的傾斜角度，液壓缸的工作臺與活塞桿應采用轉(zhuǎn)動連接副相連。當液壓缸工作時，液壓缸的工作臺自由轉(zhuǎn)動，所以設計時將活塞桿頂部插入球頭，與工作臺形成轉(zhuǎn)動副。如圖2-3所示。球頭與活塞桿采用緊固螺釘固定。由于光柵尺尺寸較長，只能將活塞和活塞桿做成中空狀來放置光柵傳感器。這樣活塞與活塞桿之間不宜采用螺母緊固，方便起見，我們將活塞和活塞桿合為一體，材料同為45號鋼。工作時發(fā)光元件與光敏元件隨活塞作同步運動，光柵尺下端固定在底蓋上不動，光源與光柵尺的相對位移量通過讀數(shù)頭轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳遞給單片機。南昌航空大學科技學院學士學位論文3南昌航空大學科技學院學士學位論文4圖2-2液壓缸總體結(jié)構(gòu)