Исследование проектных параметров бортовой системы изменения массово-инерционных характеристик летательного аппарата
Автор: Михайлов Евгений Александрович, Федоров Виктор Борисович
Рубрика: Контроль и испытания
Статья в выпуске: 1 т.23, 2023 года.
Бесплатный доступ
В работе представлены результаты исследования новой концепции системы изменения массово-инерционных характеристик номинально осесимметричных роторных конструкций, в частности летательных аппаратов осесимметричной формы. Данная система может применяться для статической и динамической балансировки изделия непосредственно в процессе эксплуатации и представляет собой балансировочный груз, устанавливаемый на подвижную платформу механизма с параллельной кинематикой типа «гексапод». Она может быть применима в том числе и для номинально осесимметричных летательных аппаратов для парирования возмущений от асимметрий различного рода путем целенаправленного создания массово-инерционной асимметрии конструкции. В работе проведен анализ вариантов приведения системы в требуемое состояние (путем линейного изменения длин стержней привода, а также путем перемещения и поворотов балансировочного груза по линейным законам). Произведена оценка соотношений массово-инерционных характеристик (продольного и поперечного момента инерции балансировочного груза) системы «корпус - балансировочный груз» и их влияния на кинематические параметры механизма, в частности на величины потребных смещений и углов поворота балансировочного груза, величины изменения длин штанг привода. На основе исходной модели как системы из двух тел «корпус - балансировочный груз» создана расширенная модель с учетом массово-инерционных характеристик стержней привода. Произведен анализ применимости модели из двух тел в зависимость от массово-инерционных характеристик стержней привода, в частности от массы стержней. Проанализировано влияние точности изменения длин стержней привода на итоговые массово-инерционные характеристики системы, такие как осевые моменты инерции системы и остаточный нескомпенсированный центробежный момент инерции.
Осесимметричный летательный аппарат, массово-инерционные характеристики, смещение центра масс, балансировка, механизм с параллельной кинематикой
Короткий адрес: https://sciup.org/147240354
IDR: 147240354 | УДК: 629.7.01 | DOI: 10.14529/engin230105
Study of the design parameters of the onboard system for changing the mass-inertia characteristics of the aircraft
The paper presents the results of a study of a new concept of a system for changing the mass-inertial characteristics of nominally axisymmetric rotor structures, in particular, aircraft of an axisymmetric shape. This system can be used for static and dynamic balancing of the product directly during operation and is a balancing weight installed on the movable platform of the mechanism with parallel kinematics of the hexapod type. It can be applied, including for nominally axisymmetric aircraft, to parry disturbances from asymmetries of various kinds by purposefully creating a mass-inertial asymmetry of the structure. The paper analyzes the ways to bring the system to the required state (by linearly changing the lengths of the drive rods, as well as by moving and rotating the balancing weight according to linear laws). The ratios of the mass-inertia characteristics (longitudinal and transverse moment of inertia of the balancing weight) of the “body of the aircraft - balancing weight” system and their influence on the kinematic parameters of the mechanism, in particular on the required displacements and rotation angles of the balancing weight, the magnitude of the change in the lengths of the drive rods were evaluated. Based on the original model as a system of two bodies “body of the aircraft - balancing weight”, an extended model was created taking into account the mass-inertial characteristics of the drive rods. The applicability of the two-body model is analyzed depending on the mass-inertia characteristics of the drive rods, in particular, on the mass of the rods. The influence of the accuracy of changing the lengths of the drive rods on the final mass-inertia characteristics of the system, such as the axial moments of inertia of the system and the residual uncompensated centrifugal moment of inertia, is analyzed.
Список литературы Исследование проектных параметров бортовой системы изменения массово-инерционных характеристик летательного аппарата
- Михайлов, Е.А. Внешняя и внутренняя механика летательного аппарата с системой смещения центра масс / Е.А. Михайлов, В.Б. Федоров // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2022. – № 70. – С. 18–28. DOI: 10.15593/2224-9982/2022.70.02.
- Chaisena, K. An Automatic stabilizing system for balancing a multi-rotor subject to variations in center of gravity and mass / K. Chaisena, K. Chamniprasart, S. Tantrairatn // 2018 Third International Conference on Engineering Science and Innovative Technology (ESIT). – 2019. – Number article 8665339. DOI:10.1109/esit.2018.8665339.
- Chaisena, K. Automatic balancing system in quadcopter with change in center of gravity / K. Chaisena, B. Nenchoo, S. Tantrairatn // IOP Conference Series: Materials Science and Engineer-ing. – 2020. – Vol. 886. – Number article 012006. DOI:10.1088/1757-899x/886/1/012006.
- Зайцев, Н.Н. Моделирование динамики однодискового ротора с шаровым автобалансиром на переходных и установившихся режимах вращения / Н.Н. Зайцев, Д.Н. Зайцев, Д.А. Минеев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэро-космическая техника. – 2019. – № 57. – С. 148–161. DOI: 10.15593/2224-9982/2019.57.12.
- Chen, H.-W. Automatic balancing of a flexible supported rotor with two disks by two ball balanc-ers / H.-W. Chen, Y.-B. Chen, Z. Sun et al. // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2021. – Vol. 35(7). – P. 2781–2792. DOI:10.1007/s12206-021-0602-4.
- Артюнин, А.И. Исследование автоматической балансировки ротора в форме цилиндра, жестко установленного в корпусе на упругих опорах / А.И. Артюнин, О.Ю. Суменков // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2019. – Т. 64, № 4. – С. 13–19. DOI: 10.26731/1813-9108.2019.4(64).13–19.
- Быков, В.Г. Динамика статически неуравновешенного ротора с эллиптическим шаровым автобалансировочным устройством / В.Г. Быков, А.С. Ковачев // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. – 2019. – Т. 6 (64), № 3. – С. 452–462. DOI: 10.21638/11701/spbu01.2019.310.
- Royzman, V. Operation of passive fluid self-balancing device at resonance transition regime / V. Royzman, I. Drach, V. Tkachuk et al. // Mechanika. – 2018. – Vol. 24(6). – P. 805–810. DOI: 10.5755/j01.mech.24.6.22469.
- Drach, I. Passive balancing of the rotor with an auto-balancing device with a viscous incom-pressible liquid / I. Drach, V. Royzman, A. Bubulis et al. // Mechanika. – 2021. – Vol. 27(1). – P. 45–51. DOI: 10.5755/j02.mech.23789.
- Dae, Yi. A control strategy of actively actuated eccentric mass system for imbalance rotor vi-bration / Yi. Dae // Actuators. – 2020. – Vol. 9 (3). – Number article 69. DOI: 10.3390/ACT9030069.
- Su, X. Rotor balancing via an enhanced automatic dynamic balancer with inductively coupled shunt circuit / X. Su, H.A. DeSmidt // Journal of Vibration and Acoustics. – 2018. – P. 1–44. DOI: 10.1115/1.4042200.
- Chen, L. An optimized pulse-counting method for compensation vector calculation in the auto-matic balancer / L.Chen, B. Zhou, Z. Li et al. // Shock and vibration. – 2020. – P. 1–9. DOI: 10.1155/2020/8402864.
- Yagur, A.A. Inverse kinematics analysis and path planning for 6DOF RSS parallel manipula-tor / A.A. Yagur, A.A. Belov // 2018 22nd International Conference on System Theory, Control and Computing. – 2018. – Number article 8540728. – P. 789–793. DOI: 10.1109/icstcc.2018.8540728.
- Alkhedher, M. Modeling, simulation and design of adaptive 6DOF vehicle stabilizer / M. Alkhedher, U. Ali, O. Mohamad // 2019 8th International Conference on Modeling Simulation and Applied Optimization. – 2019. – Number article 8880417. DOI: 10.1109/icmsao.’2019.8880417.
- He, Z. An error identification and compensation method of a 6-DoF parallel kinematic ma-chine / Z. He, B. Lian, Q. Li et al. // IEEE Access. – 2020. – Vol. 8. – Number article 9126790. – P. 119038–119047. DOI: 10.1109/access.2020.3005141.
- Wei, W. Inverse kinematics analysis of 6 – DOF Stewart platform based on homogeneous coor-dinate transformation / W. Wei, Z. Xin, Li-li Han et al.// Ferroelectrics. – 2018. – Vol. 522 (1). – P. 108–121. DOI: 10.1080/00150193.2018.1392755.
- Camacho, F.D. Validation through a digital twin of a Stewart platform with irregular geometry with 6 DOF for simulation of a transport vehicle / F.D. Camacho, A.Q. Medrano, L.E. Carvajal // IEEE 16th International Conference on Automation Science and Engineering (CASE). – 2021. – Vol. 2020-August. – Number article 9216995. – P. 1084–1089. DOI: 10.1109/case48305.2020.9216995.
- Фаворин, М.В. Моменты инерции тел: справочник / М.В. Фаворин. – М.: Машиностроение, 1977. – 511 с.
- Datta, S. Kinematic Analysis of Stewart Platform using MATLAB / S. Datta, A. Das, Gayen Rintu Kumar // 5th International Conference on Electronics, Materials Engineering and Nano-Technology, IEMENTech. – 2021. DOI: 10.1109/IEMENTech53263.2021.9614923.
- Смирнов, В.А. Научные основы и алгоритмы управления оборудованием с параллельными приводами: монография / В.А. Смирнов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. – 163 с.
