本发明是一个具有三自由度的、集飞行控制与导引仿真于一体的实验平台，采用四连杆结构设计支撑摆臂，上摆臂、下摆臂、垂直连杆和U型托架四者构成平行四边形，为前端的飞行载体提供水平的基准。在前端飞行载体上挂载导引头模块，具备俯仰和偏航两个自由度，位标器可以采用CCD摄像机、红外感应器等一个或多个传感器来模拟导弹的电视、红外等单一或复合制导，将导弹的导引动力学仿真融入飞行控制之中。本发明能仿真飞行载体的直接力控制，研究气动与直接力的复合控制技术，在上摆臂前端安装的气流喷口在电子气阀地控制下能向上下左右四个方向喷射压缩空气。本发明能进行飞行器的惯性导航仿真实验，飞行载体内部捷联安装有惯性测量单元。
1.一种导引控制技术飞行仿真平台，包括平台底座[1]，支撑摆臂[2]和飞行载体[3]，平台底座[1]的内部安装有旋转轴系，竖直转轴[4]由轴承[5]支撑，上端与U形托架[11]连接，下端连接集电滑环[6]，集电滑环[6]的下方连接第一角位置传感器[7]；支撑摆臂[2]上方装有第一电机[21]驱动的丝杠[22]滑块[23]机构；飞行载体[3]的两个带护罩[24]的风扇[25]呈串列式布置，由第二电机[27]直联驱动，两个第二电机[27]独立进行转速控制，第二电机[27]通过托架[26]安装在两块主侧板[28]的两端，其特征是，支撑摆臂[2]包括上摆臂[8]、下摆臂[9]、垂直连杆[10]、U型托架[11]、水平伸出杆[12]和配重杆[13]，其中，上摆臂[8]一端铰接配重杆[13]，另一端铰接于垂直连杆[10]上部，在其中间偏后处用方套[14]作结构加强，方套[14]的左右各安装一个轴耳[15]，轴耳[15]通过轴承[29]支承于U型托架[11]上，其中一个轴耳[15]上连接第二角位置传感器[16]，下摆臂[9]置于上摆臂[8]的下方，一端铰接U型托架[11]，另一端铰接于垂直连杆[10]下部，垂直连杆[10]的上端固联有水平伸出杆[12]，上摆臂[8]、下摆臂[9]、垂直连杆[10]和U型托架[11]四者构成平行四边形，上摆臂[8]的末端铰接有配重杆[13]，配重块[17]安装在配重杆[13]上；在U型托架[11]的一侧装有小型压缩气瓶[18]，上摆臂[8]的前端固定有上下左右四个方向的喷口[19]，各喷口[19]由小型压缩气瓶[18]供气，由喷口[19]后方的电子气阀[20]分别控制各喷口[19]的气体流量；在飞行载体[3]的前下方装有二自由度的导引框架，偏航舵机[30]与导引框架的外框架[32]相连，俯仰舵机[31]与导引框架的内框架[33]相连，寻的传感器[34]安装在内框架上，在两块主侧板[28]内部装有惯性测量单元[35]，飞行载体[3]下方装有弹簧阻尼减震的起落架[36]，飞行载体[3]通过轴承支承于支撑摆臂[2]的水平伸出杆[12]上，水平伸出杆[12]末端装有第三角位置传感器[37]。
导引控制技术飞行仿真平台
技术领域
[0001] 本发明涉及一种导引控制技术飞行仿真平台。技术背景
[0002] 目前，由加拿大Quanser公司生产的三自由度直升机模型(Three Degrees of Freedom Helicopter Model)，公开了一种作为控制研究用的飞行仿真平台。三自由度直升机模型由直升机、支撑杆、回转支架、和底座几部分组成。直升机采用串列式风扇布局，两电机直联螺旋桨驱动，转速能独立控制，直升机能绕支撑杆转动，是为俯仰自由度；支撑杆一端连接直升机模型，另一端连接配重，支撑杆中部悬挂铰接于回转支架上，能绕支点转动，是为升降自由度；回转支架下连接垂直轴，垂直轴安装在底座上，并能相对底座转动，是为进动自由度。三个自由度的角度变化均由同轴安装的光电编码器测得。此结构的仿真平台只适用于飞行控制的仿真，而对于导引动力学仿真确不能完成。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种能进行导引动力学仿真的导引控制技术飞行仿真平台。本发明的技术解决方案是，仿真平台的支撑摆臂分为上摆臂、下摆臂、垂直连杆、U型托架、水平伸出杆和配重杆等几部分，其中，上摆臂一端铰接配重杆，另一端铰接于垂直连杆上部，在其中间偏后处用方套作结构加强，方套的左右各安装一个轴耳，轴耳通过轴承支承于U型托架上，其中一个轴耳上连接角位置传感器，下摆臂置于上摆臂的下方，一端铰接U型托架，另一端铰接于垂直连杆下部，垂直连杆的上端固联有水平伸出杆，上摆臂、下摆臂、垂直连杆和U型托架四者构成平行四边形，上摆臂的末端铰接有配重杆，配重块安装在配重杆上；在U型托架的一侧装有小型压缩气瓶，上摆臂的前端固定有上下左右四个方向的喷口，各喷口由小型压缩气瓶供气，由喷口后方的电子气阀分别控制各喷口的气体流量；在飞行载体的前下方装有二自由度的导引框架，偏航舵机与导引框架的外框架相连，俯仰舵机与导引框架的内框架相连，寻的传感器安装在内框架上，在两块主侧板内部装有惯性测量单元，飞行载体下方装有弹簧阻尼减震的起落架，飞行载体通过轴承支承于支撑摆臂的水平伸出杆上，水平伸出杆末端装有角位置传感器。
[0004] 本发明的优点效果，相对于三自由度直升机模型，导引控制技术飞行仿真平台有如下特点与应用：
[0005] 1、本发明采用四连杆结构设计支撑摆臂，利用平行四边形原理，能使支撑摆臂前端飞行载体的俯仰转轴不随升降角的变化而变化，始终保持水平状态，为飞行载体下加挂的任务载荷提高一个较好的飞行平台。此外，该设计也为飞行载体从地面起飞和降落提供了方便。
[0006] 2、在前端飞行载体上挂载具备俯仰和偏航两个自由度的导引头。导引头位标器可以采用CCD摄像机、红外感应器等一个或多个传感器来模拟导弹的电视、红外等单一或复合制导，将导弹的导引动力学仿真融入飞行控制之中。
[0007] 3、本发明能仿真飞行载体的直接力控制，研究气动力与直接力的复合控制技术。在上摆臂前端安装的气流喷口在电子气阀地控制下能向上下左右四个方向喷射压缩空气，靠反作用力在摆臂的进动与升降自由度上快速地获得角位移，从而迅速改变飞行载体的空间方位。
[0008] 4、飞行载体下方安装有起落架，能实现飞行载体的地面起飞与着陆，便于研究这两个过程的控制规律。
[0009] 5、本发明能进行飞行器的惯性导航仿真实验。飞行载体内部捷联安装有惯性测量单元，能实时测量飞行载体在三个坐标轴上的角速度和加速度信息。通过导航计算就能得到飞行载体当前的姿态和方位信息，并能与进动、升降和俯仰自由度上角传感器测得数据进行比较分析。
附图说明
[0010] 图1为本发明三维立体结构示意图；
[0011] 图2为本发明飞行载体结构示意图；
[0012] 图3为本发明平台底座结构示意图；
[0013] 图4为本发明上摆臂与U形托架连接示意图；
[0014] 图5为本发明主视图。
具体实施方式
[0015] 本发明是一个具有三自由度的、集飞行控制与导引仿真于一体的实验平台。包括平台底座1，支撑摆臂2和飞行载体3。平台底座1为三层柱状层叠结构，辅以托盘立柱作结构加强，平台底座1的内部安装有旋转轴系，竖直转轴4由轴承5支撑，能作360°回旋，该自由度称为进动自由度，竖直转轴4内部中空，上端与U形托架11连接，下端连接集电滑环6，为了免于众多导线因平台回转而纠结缠绕，电机动力电源、控制信号和传感器信号等均通过集电滑环6走线，集电滑环6的导线从竖直转轴4内部通过，集电滑环6的下方连接角位置传感器7，可测得进动自由度的角度和角速度变化；支撑摆臂2上方装有电机21驱动的丝杠22滑块23机构，通过滑块23的前后移动，能改变支撑摆臂2的质心位置，模拟飞行控制的干扰项，检验控制系统的鲁棒性；飞行载体3的两个带护罩24的风扇25呈串列式布置，由电机27直联驱动，两个电机27独立进行转速控制，电机27通过托架26安装在两块主侧板28的两端，主侧板28采用轻型复合材料，开孔减重，之间由铝棒连接加强。其特征是，支撑摆臂2分为上摆臂8、下摆臂9、垂直连杆10、U型托架11、水平伸出杆12和配重杆13等几部分，其中，上摆臂8为主承力支撑杆，一端铰接配重杆13，另一端铰接于垂直连杆10上部，在其中间偏后处用方套14作结构加强，方套14的左右各安装一个轴耳15，轴耳15通过轴承29支承于U型托架11上，该自由度称为升降自由度，其中一个轴耳15上连接角位置传感器16，测量升降自由度的角度和角速度变化，下摆臂9置于上摆臂8的下方，为辅助支撑杆，一端铰接U型托架11，另一端铰接于垂直连杆10下部，U形托架11用三块铝板通过螺钉连接而成，U形托架11的中间用两根短杆连接加强结构，垂直连杆10的上端固联有水平伸出杆12，上摆臂8、下摆臂9、垂直连杆10和U型托架11四者构成平行四边形，为前端的飞行载体3提供水平的基准，上摆臂8的末端铰接有配重杆13，能相对于上摆臂
8转动，在旋转到合适的角度后用紧固螺母锁定，配重块17安装在配重杆13上，能沿配重杆13轴向前后滑动，调整质心位置后用螺钉锁定；在U型托架11的一侧装有小型压缩气瓶
18，上摆臂8的前端固定有上下左右四个方向的喷口19，各喷口19由小型压缩气瓶18供气，由喷口19后方的电子气阀20分别控制各喷口19的气体流量；在飞行载体3的前下方装有二自由度的导引框架，偏航舵机30与导引框架的外框架32相连，俯仰舵机31与导引框架的内框架33相连，寻的传感器34安装在内框架33上，寻的传感器34可以采用CCD摄像机、红外感应器等一个或多个传感器来模拟导弹的电视、红外等单一或复合制导，在两块主侧板28内部装有惯性测量单元35，通过测量与计算能实时的得到飞行载体的位置与姿态信息，飞行载体3下方装有弹簧阻尼减震的起落架36，以减小降落时的冲击，飞行载体3通过轴承支承于支撑摆臂2的水平伸出杆12上，该自由度称为俯仰自由度，水平伸出杆12末端装有角位置传感器37，用来测量俯仰自由度的角度和角速度变化。
