三轴飞型转台的设计

摘要航空、航天工业发展水平是一个国家科技、经济和国防实力的重要标志。

而转台则作为航空、航天等领域中进行半实物仿真和测试的关键设备，也就在其研制过程中起到了极其重要的作用。

采用飞行模拟转台进行仿真不仅加快了武器与飞行控制系统的研制过程，也是研制费用大大降低，同时它是保证航空、航天型号产品和武器系统精度及性能的基础。

因此，转台的研究与制造对航空、航天工业和国防建设的发展具有重要作用。

本次毕业设计主要工作有对现有三轴飞行转台进行调研和分析，明确三轴转台的工作原理和结构组成部分，同时对实验室现有状况进行考察并对其建模，给出其中现有各物件尺寸及相对位置，还有设计外框马达单通道试验结构、中框马达单通道试验结构和内框电机试验结构、撰写论文。

关键字转台;仿真;驱动元件AbstractAviation and aerospace industry development level is an important symbol of national science and technology, economy and national defense strength. While the turntable as aviation, aerospace and other fields ofhardware-in-the-loop simulation and test of key equipment, also in the process of its development has played a very important role.The flight simulation turntable simulation not only speed up the process of development of weapon and flight control system, also is development cost is greatly reduced, at the same time it is to ensure that aviation and aerospace model product and the basis of weapon system accuracy and performance. Therefore, the study of the turntable and manufacturing for the development of aviation, aerospace industry and national defense construction plays an important role.The graduation design main job is to the existing research and analysis for three axis turntable flight, clear the working principle and structure of the three-axis turntable part of inspection for the laboratory existing conditions and its modeling, given the current size of various objects and the relative position, and the design frame motor single channel of frame structure, the test motor single channel test structure and frame motor test structure, writing essays.Keywords turntable;simulation;driving element目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................................ I I 第1章绪论.. (1)1.1 课题研究的目的、背景和意义 (1)1.2 国内外测试转台的发展概况 (1)1.2.1 国外对测试转台的研究 (1)1.2.2 国内对测试转台的研究 (3)1.3 未来转台发展趋势 (5)1.4 本章小结 (5)第2章半实物仿真 (6)2.1 半实物仿真系统定义 (6)2.2 半实物仿真的先进性及其特点 (6)2.3 半实物仿真的基本组成和原理 (6)2.4 三轴飞型转台与半实物仿真 (7)2.5 本章小结 (8)第3章三轴转台的概述 (9)3.1 三轴转台工作原理的概述 (9)3.2 仿真转台驱动原件的选择和标准 (9)3.2.1 液压驱动的优缺点 (9)3.2.2 电机驱动的优缺点 (10)3.3 驱动型式的选择 (10)3.4 本章小结 (11)第4章驱动元件试验场地 (13)4.1 实验室地基 (13)4.2 储能器 (13)4.3 实验室整体建模 (14)4.4 本章小结 (15)第5章外框马达单通道实验方案 (16)5.1 试验环境 (16)5.2 马达受力计算 (16)5.3 负载盘设计 (16)5.3.1 设计条件 (16)5.3.2 偏载件 (17)5.3.3 负载盘 (17)5.3.4 负载总成 (18)5.4 底座 (19)5.5 外框驱动元件试验结构 (21)5.6 本章小结 (22)第6章中框马达与内框电机试验 (24)6.1 中框马达试验 (24)6.1.1 试验环境 (24)6.1.2 模拟负载 (24)6.1.3 底座 (25)6.1.4 安装弯板 (25)6.2 内框电机试验 (25)6.2.1 模拟负载 (25)6.2.2 电机的安装及固定 (25)6.3 中框马达和内框电机试验 (26)6.4本章小结 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录1 (32)附录2 (36)第1章绪论1.1课题研究的目的、背景和意义航天、航空以及航海事业的发展水平反映了一个国家的综合国力，体现了一个国家的经济发展水平、科技发展水平以及军事实力的综合体现。

这个领域的发展程度对国防、经济、政治乃至人民的生活都具有非常重要的意义。

当今随着科技的不断发展，其在人民生活中也有着越来越重要的意义。

同时人类对太空的探索越来越深入，对探索工具及飞行器的精密度、可控性的要求也更加严格，其中航天飞机的升空飞行、导弹的准确定位与自动跟踪均离不开惯性导航与制导技术。

在现代军事工业、航天工业中，高精确制导的导弹、自动导航的飞行器，在战争中具有越来越重要的作用，因此世界各个国家都极其重视制导系统的研究开发。

在研制的过程中，如何准确的获得飞行数据和规律就成为了研制高性能准备的关键。

在早期的导弹、飞行器的研制过程中。

为了获得这些飞行数据，使用的是外场地试验法，就是在武器本身上安装各种传感器，并在实际飞行中测量实验数据，在根据测得的数据进行分析并评价系统的性能，由于这种方法成本太高，不具备重复性，会造成财力、物力、人力的浪费，同时这样有限的试验所获得的规律不可能十分准确，也就不利于飞行器的研制和更新换代。

另一种方法就是在转台上测试，仿真设备在地面测试和评价制导系统的各项性能指标。

仿真转台是用于类似飞机、导弹等飞行器姿态仿真的运动模拟器，是整个制导系统运动仿真或转台系统控制与测试的核心设备之一，主要功能是用来模拟导弹在空中的三种角姿态（俯仰、偏航、横滚）运动，作用是将仿真机计算出来的飞行姿态的电信号转变为惯性负载和转台系统可以识别的机械转角信号，便于导弹或飞行器的研发和结构优化设计。

1.2国内外测试转台的发展概况1.2.1国外对测试转台的研究转台的研究与发展，一直都是以美国为代表的。

美国式最先进的制造转台的国家。

第一台转台于1945年诞生于麻省理工学院，这种转台后来被命名为A 型转台。

这种转台使用滚珠轴承支撑，交流力矩电机直接驱动，位置分辨率为角分级，这就是美国转台发展的第一阶段。

后来麻省理工在A型转台的基础上进行修改，用精密齿轮系代替直接驱动装置，研究出了B型和C型转台。

从那时起美国的转台研究就无论是在数量、种类还是精度和自动化程度上都居于世界领先水平，代表了当今世界转台的发展水平和方向。

转台的发展经历从单轴、低精度、单功能到多轴、高精度、多功能的各个阶段。

1954年，D型转台研制成功，这标志着转台的发展已经达到一个新的水平。

D型转台的轴的支撑采用成对的精密锥形滚珠轴承，用直流力矩电机直接驱动轴系，使动态性能得到改善。

转台的角位置测量采用光电敏感系统。

为了减少轴系的摩擦，降低干扰力矩，1959年开始，研究出了D型液压轴承转台，大大提高了测试精度。

1968年，在D型液压轴承转台的基础上设计和制造了E型转台，这被认为是进入美国转台发展的第二阶段。

E型转台采用径向和轴向有压力补偿的液压轴承，并在耳轴上采用空气轴承，由一个光学读出系统测量角度，转台的定位精度在3角秒之内。

这一时期的美国转台主要采用空气轴承和交流力矩电机直接驱动，从而因摩擦力的减小而大大提高了转台的位置精度和速率精度与速率平稳性。

并开始应用计算机参与系统控制，如菲克公司研制的3768型、3769型单轴转台及5769型双轴转台。

六十年代以后，由于美国的陆海军和民用部门应用惯性系统越来越多，对陀螺精度要求也越来越高，因此转台的研究进入了一个飞速发展的时期。

这一时期的转台大多采用气浮轴承，力矩电机直接驱动，直至发展为采用计算机控制，这一时期转台对漂移率（陀螺、加速度计等惯性原件及平台系统的性能指标）的测试精度已经达到0.001º/h以上。

1969年以后，美国的转台设计和制造进入了系列化阶段，技术进一步得到发展和完善，相应的转台也成为一种广泛使用的测试设备。

从那时候至今，位于美国宾夕法尼亚洲的康特维斯-戈尔兹公司（Contraves-Georz Corporation 简称CGC）成为美国制造惯导测试设备和运动模拟系统的主要厂商，并一直代表美国乃至世界惯性设备，尤其是转台的发展水平。

从20世纪70年代初开始，CGC着手研制并生产系列多轴陀螺测试转台，具体为：1972年为Draper实验室的第三代陀螺仪和HoneyWell公司的静电支撑陀螺仪，研制成功了53D型和53E型转台，1979年为西德航空航天研究试验院研制成功了53G型转台。