新型的折桿式舵機擺動機構原理研究和仿真

周蓓等

摘要：該文對一種新型的折桿式舵機擺動機構進行了原理方面的深入研究，確定了折桿自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的關系，通過軌跡計算機仿真，得出了在工程運用中折桿折角為小角度的結論以及自轉(zhuǎn)角速度與公轉(zhuǎn)角速度的關系。

關鍵詞：新型舵機擺動機構；公轉(zhuǎn)；自轉(zhuǎn)；折角；計算機仿真

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）14-0237-02

通常所用的的舵機擺動機構安裝在艙內(nèi)，通過驅(qū)動舵軸使得對舵進行擺動控制。這種擺動機構占用艙內(nèi)空間；同時對于大翼展的舵，其系統(tǒng)剛度較差，舵在氣流以及慣性力的作用下有可能會發(fā)生顫振。折桿式舵機是國際上出現(xiàn)的一種新的控制面的操縱方法。對于擺動后緣舵，它可以安裝在狹長的固定翼中不占用艙內(nèi)空間，輸出端支撐在舵中直接驅(qū)動舵擺動；且系統(tǒng)剛度好，對氣動特性不敏感。

折桿式擺舵機構是一種空間機構，本文對其運動原理做簡單分析，并給出機構運動得以實現(xiàn)的重要參數(shù)。

1 機構運動簡介

折桿機構可以簡化為一根折桿，輸入段是旋轉(zhuǎn)運動，輸出段是擺動。

折桿機構原理圖如下：

折桿折角為[θ]，左端是輸入端，右端是輸出端。輸入運動為：桿的左端繞著公轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動的同時也繞著自轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動，即其公轉(zhuǎn)的同時自轉(zhuǎn)。輸出運動為：折桿右段平面擺動即折桿有端Z向位移為零，且輸出擺角為[±2θ]。

如何使Z向位移為零，以及對于折桿的機構參數(shù)有什么要求，下面對此問題進行研究。

2 輸出端軌跡分析

2.1 軌跡分析

設公轉(zhuǎn)角速度為[ω1]，自轉(zhuǎn)角速度為[ω2]，折桿折角為[θ]。

3 結構參數(shù)的要求

在折桿具體的結構實現(xiàn)過程中，是用一簡單的行星輪系來實現(xiàn)自轉(zhuǎn)角速度與公轉(zhuǎn)角速度之間的關系。由[tgθ1cosθ=tgθ22]可知，自轉(zhuǎn)角速度[ω2]與公轉(zhuǎn)角速度[ω1]之間的關系不可能為定值。

此時自轉(zhuǎn)角速度與公轉(zhuǎn)角速度的關系用[y=2x]的直線擬和存在偏差比折角[θ]為6°時大。所以自轉(zhuǎn)角速度與公轉(zhuǎn)角速度為2倍的關系符合折角為小角度的關系。也就是說折桿在工程運用中要求折角[θ]為小角度。

4 結論

新型的折桿式舵機擺動機構安裝在狹長的固定翼中不占用艙內(nèi)空間且系統(tǒng)剛度好，相對傳動舵機在以上方面具有優(yōu)勢。本文對新型的折桿式舵機擺動機構進行了運動學分析與計算機仿真，給出了其速度輸入關系、機構設計參數(shù)以及約束條件，對于折桿式舵機擺動機構設計以及工程運用具有重要意義。

參考文獻：

[1] Robert G..Musgrove. THE ECCENTUATOR-A NEW CONCEPT IN ACTUATION[M]. Vought Corporation. AIAA，1980.

[2] Robert G.Musgrove ，Arington. ECCENTRIC ACTUATOR. Tex. United States Patent， apply No.92，970.

[3] Robert G..Musgrove ，Arington. APPARATUS FOR PRODUCING PIVOTAL MOVEMENT. Tex. United States Patent， apply No.481，290.

[4] 朱忠惠.推力矢量控制伺服系統(tǒng)[M] .宇航出版社 ， 1995 .

[5] 熊有倫.機器人技術基礎[M].華中理工大學出版社，1992.

[6] 李軍，陶永忠，譯.MSC.ADAMS FSP基礎培訓教程[M].清華大學出版社，2004.