风洞六自由度虚拟飞行试验关键技术研究

A creative experimental technique based on robotics will be researched exploringly for wind tunnel based virtual flight testing (VFT). A new conception about wind tunnel supporting system based on wire-driven parallel robot technology has been put forward, which is available for an aircraft model in VFT. The supporter of the model, configuration design of the parallel mechanism, the workspace and the dynamic stiffness, the dynamic characteristics of the mechanism, the control technology for the six degrees of freedom (6-DOF) virtual flight motion of the aircraft model as a mobile platform, the method to measure aerodynamic parameter of the model in VFT and analyze the aircraft flight dynamics characters will be researched. A model-balance-strut integration will be devised as the model supporter, so that the support system will be designed generally and optimally. According to the principle of the wire-driven parallel robot suspension system, a principle prototype will be designed and built to make the aircraft model virtual flight testing in wind tunnel. After finishing the related laboratory tests, the investigation on the VFT experiment by controlling the 6-DOF motion of aircraft model will be done in wind tunnel to measure the aerodynamic and motion parameter and analyze the aircraft flight dynamics behavior. The result of this project is expected to provide a new technology for the aircraft model wind tunnel based virtual flight testing. And also enrich the theory concerning the theory and application of wire-driven parallel mechanism.

研究一种新的基于机器人技术的风洞虚拟飞行试验技术。提出可用于飞行器模型风洞虚拟飞行试验的，基于绳牵引并联机器人技术的风洞支撑系统的新概念。研究模型支撑、机构的构型设计及工作空间、动刚度与动力学特性、飞行器模型（动平台）的六自由度虚拟飞行运动控制技术、风洞虚拟飞行试验的气动参数测量与飞行器动力学特性分析方法。对模型支撑进行"模型-天平-支杆"一体化设计，对绳牵引并联机器人支撑系统进行总体设计和优化设计；建造一台适用于风洞进行飞行器模型虚拟飞行试验的实验样机；在实验室完成模型虚拟飞行要求的运动控制工作；进行飞行器模型六自由度虚拟飞行运动控制的风洞试验研究，在吹风条件下测量气动/运动参数，进而对飞行器飞行动力学特性进行分析。本项目的研究成果可望为飞行器模型的风洞虚拟飞行试验提供一种新技术，也可丰富绳牵引并联机构的理论研究与实际应用。

本项目对一种新的基于机器人技术的风洞虚拟飞行试验技术进行研究。提出了可用于飞行器模型风洞虚拟飞行试验的，基于绳牵引并联机器人技术的风洞支撑系统的新概念。研究了绳系结构构型、模型支撑、机构的选型设计，以及牵引绳之间、绳与飞行器模型之间的干涉问题，在对工作空间进行优化设计的基础上优化绳系结构构型、分析了用于VFT试验的WDPR系统的动刚度与动力学特性、研究了绳索迟滞现象、绳弹性变形对WDPR支撑在风洞试验中应用的影响，探讨了风洞试验中绳索流致振动、涡激共振对模型运动控制和气动参数测量的影响，开展了飞行器模型（动平台）的六自由度虚拟飞行运动控制技术，包括飞行器模型的高精度运动控制研究、模型位姿控制律及系统稳定性研究、支撑系统的RBF神经网络自适应控制研究、基于视觉的终端变滑膜控制方法研究，并从理论上对模型的力位混合控制进行了探讨。设计并加工了一大一小两个标准动态模型，对模型支撑完成了“模型-天平-支杆”一体化设计；建造一台适用于风洞进行飞行器模型虚拟飞行试验的实验样机；在实验室完成了模型虚拟飞行要求的运动控制工作；分别在两个风洞进行了飞行器模型六自由度虚拟飞行运动控制的风洞试验研究，完成了静态试验与多种动态试验，实验结果的合理性证明本项目提出的基于机器人技术的风洞虚拟飞行试验技术是可行的，有效的。本项目的研究成果可望为飞行器模型的风洞虚拟飞行试验提供一种新技术，也可丰富绳牵引并联机构的理论研究与实际应用。