基于ADAMS的离心机-振动台系统动力学仿真分析

    随着航天、航空技术的发展，仪器、设备在空间所处的环境也越来越复杂，例如作为惯导系统载体的飞行器在飞行过程中经常处于振动、线加速度、温度、阵风等同时作用的复合动态环境中，在这种极为复杂的环境因素［1］影响下，极可能造成飞行器上各种设备的损坏和性能失效。如对飞行器上精确控制的惯导系统，作为其关键部件的陀螺、加速度计，通常在地面上相对“静态”的环境中进行性能标定、测试，而这种“静态”环境很难真实地反映惯性系统在空中飞行过程中的真实环境，由此建立的惯性器件误差模型极可能因不准确导致惯性系统测量精度超差。

    为能够有效模拟飞行器飞行过程所处的过载振动复合环境，从而为惯性仪器建立更准确的误差模型提供测试条件，国内外通常通过复合离心机与振动台试验系统来模拟过载振动复合环境［1 －3］，这种复合环境能够揭示单项试验所不能暴露的但在实际中可能发生的破坏方式和破坏速率。但由于离心机 － 振动台试验系统的研发技术难度大、成本高，很难建立一个完整的试验系统。因此，在以往的研究中，通常将振动台简化为多刚体模型安装于离心机臂上形成多刚体系统进行动力学仿真实验或者仅对振动台与离心机臂之一进行有限元分析，也有在有限元软件中直接加载过载 － 振动载荷模拟实际环境［4 －6］，从而减少开发成本。但在研究中，因离心机臂作为梁系弹性体很难定量分析，同时有限元分析又并不适用于机构的动力学分析，很难准确地描述离心机臂与动圈的运动和受力情况。鉴于此，文中利用 ADAMS 虚拟样机软件平台，建立起离心机与振动台复合系统虚拟样机模型，并进行了离心机 － 振动台复合试验系统仿真分析研究。在仿真过程中因离心机臂作为梁系单元及振动台动圈的受力情况直接反映过载振动环境的输出特性，其作为刚体建模不能真实地反映系统动力学特性。如果将离心机臂与动圈视为柔性体，建立刚柔耦合系统，将能够大大地提高系统的真实性。因此，通过 ANSYS 软件建立离心机臂和振动台动圈的柔性体模型来替代刚体模型。最后可通过 ADAMS 输出的载荷为 ANSYS 模型提供更精确的外部载荷条件［7］，为重要部件进行精确的应力应变分析。

    1 离心机 － 振动台复合系统虚拟样机建模

    1． 1 离心机 － 振动台系统简介

    离心机 － 振动台试验系统示意图如图 1 所示。它主要由离心机和振动台组成，另外附加一些附属设施。其中，振动台通过顺臂或垂臂安装于离心机一侧［6］，系统通过离心机转动提供离心力，振动台提供振动来实现过载 － 振动复合环境，因此构成了离心机振动台试验系统。文中主要以振动台的顺臂安装为研究对象，进一步分析系统的动力学特性。