一种利用激振器模拟弹性振动对敏感器件影响的方法及实现装置

摘要

本发明公开的一种利用激振器模拟弹性振动对敏感器件影响的方法及其实现装置，涉及模拟弹性振动对敏感器件影响的方法及实现装置，属于飞行器半物理仿真技术领域。本发明公开的方法包括如下步骤：步骤1：对弹性飞行器进行飞行动力学数学仿真；步骤2：根据实际模拟工况选择激振器型号，并确定套筒、连杆的尺寸；步骤3：验证所选激振器是否满足仿真条件；步骤4：安装各个仿真设备，进行半物理仿真。本发明还公开上述方法的实现装置，包括角速率陀螺、套筒和仿真转台、激振器和激振器顶杆。本发明可实现在半物理仿真中模拟弹体弹性特性对弹上测量器件的影响，提高弹性飞行器半物理仿真的真实度。

主权项

一种利用激振器模拟弹性振动对敏感器件影响的方法，其特征在于：角速率陀螺(1)即为一种敏感器件，包括如下步骤，步骤1：对弹性飞行器进行飞行动力学数学仿真，计算得到角速率陀螺(1)位置处弹性振动的时间历程曲线，包括角速率陀螺(1)位置处的弹性转角和弹性转角角加速度步骤2：根据实际模拟工况选择激振器(3)型号，并确定套筒(2)、连杆(6)的尺寸；步骤2.1：根据仿真计算的角速率陀螺(1)处的弹性振动信息，确定所需选用激振器(3)的典型特性，并选择激振器(3)型号；所述的典型特性包括激振器(3)的最大激励力、冲程和频宽；将角速率陀螺(1)固定在套筒(2)内，套筒(2)安装在仿真转台(4)上，并与仿真转台(4)铰接，套筒(2)侧面与仿真转台(4)平面垂直；激振器(3)平放于仿真转台(4)上，激振器(3)顶杆与仿真转台(4)平面平行，与套筒(2)通过连杆连接；仿真时通过向激振器(3)输入弹性振动信号，使激振器顶杆(5)带动连杆(6)驱动套筒(2)运动，则套筒(2)内的角速率陀螺(1)除了将敏感到仿真转台(4)运动的角速度外，还将敏感到激振器(3)引起的附加角速度；套筒(2)转动的角度可视为小角度，则角速率陀螺(1)敏感到的附加角速度与激振器顶杆(5)运动的关系可以近似表示为ω_p(t)＝v_T(t)/H_g  (1)式中，v_T表示激振器顶杆(5)的运动速度，H_g表示套筒(2)与连杆(6)铰接点到仿真转台(4)平面的的铅垂距离，其在小角度假设下近似为定值，ω_p表示激振器(3)引起的附加角速度；所需要模拟的附加角速度应与数学仿真中角速率陀螺(1)位置处的弹性振动角速度相等，即联立式(1)和式(2)，则激振器顶杆(5)的运动速度应满足对上式进行积分，激振器顶杆(5)的位移表示为对角速率陀螺(1)和套筒(2)整体建立平衡方程，J_gα_p(t)＝F_T(t)H_g  (5)式中，J_g表示角速率陀螺(1)和套筒(2)整体相对于铰O轴线的转动惯量，α_p表示套筒(2)转动的角加速度，且F_T表示激振器(3)的激励力；则激振器(3)的激励力为初定H_g大小为H_g0，其中m_g为角速率陀螺(1)质量；则根据式(4)和式(6)可确定激振器(3)所需模拟的激振力的最大值F_Tmax0和最大位移x_Tmax0；所选激振器(3)的典型特性应满足F_shaker≥F_Tmax0,x_shaker≥x_Tmax0  (7)其中F_shaker为所选激振器(3)的最大激励力，x_shaker为所选激振器(3)的冲程；为了激振器(3)能够较好地响应输入的弹性振动信号，令其频宽f_shaker大于弹体的第三阶固有频率f₃的二倍；即f_shaker＞2f₃  (8)根据式(7)和式(8)确定激振器(3)典型参数，选择激振器(3)型号；步骤2.2：根据选择的激振器(3)的尺寸，确定套筒(2)和连杆(6)的尺寸；选择的激振器(3)的尺寸为R_shaker×H_shaker,其中R_shaker为激振器(3)半径，H_shaker为激振器(3)高度；已知陀螺仪的尺寸为l×w×h，其中l、w和h分别为角速率陀螺(1)的长、宽和高；B点在台面上的投影B′到O点的距离为L_OB,L_OB满足约束条件L_OB＞l/2  (9)则高度H_g满足条件H_g＝L_OB+H_T  (10)式中，H_T为激振器顶杆(5)到台面的铅垂距离；连杆AB的长度应满足L_AB＝L_OB/cosθ₁  (11)套筒(2)形状可分为两部分，上部分为长方体，下部分为五面体，选择套筒(2)的材料并根据角速率陀螺(1)尺寸确定套筒(2)尺寸；步骤3：验证所选激振器(3)是否满足仿真条件；根据重新计算的参数H_g和J_g，利用式(4)和式(6)可确定激振器(3)所需模拟的激振力的最大值F_Tmax和最大位移x_Tmax，判断是否满足条件F_shaker≥F_Tmax,x_shaker≥x_Tmax  (12)若满足条件，则进行步骤4；若不满足条件，则返回步骤2，调整H_g0，重新选择激振器(3)并确定套筒(2)和连杆(6)的尺寸；步骤4：安装各个仿真设备，进行半物理仿真；在半物理仿真过程中利用激振器(3)中模拟角速率陀螺(1)测量信号受弹性振动的影响，提高弹性飞行器半物理仿真的真实度；所述的激振器(3)输入信号为U(t)＝H_gθ(t)，θ为仿真机实时计算的角速率陀螺(1)位置处的弹性转角。