主动杆俯仰横滚操纵隔离机构设计与分析

0 引言

飞机操纵系统已经从传统的机械操纵系统，全助力操纵系统，控制增稳系统，发展到目前广泛应用的电传操纵系统[1]。飞机操纵装置是飞机飞行操纵与控制系统的重要组成产品，是飞机操纵的开始端和输入端，主要有中央驾驶杆盘与侧杆装置两类[2]。侧杆装置由传统中央驾驶杆盘的偏置和改进而来，由于侧杆良好的操纵特性目前在先进飞机上得到广泛应用。20世纪80年代，第一架使用侧杆作为主级操纵装置的电传飞机——空客A320投入生产，其后续系列产品都沿用侧杆作为主级操纵设备[3]。目前国外许多先进军用飞机都采用了侧杆装置，比如美国的F-16、F-22、F-35，法国的“阵风”和俄罗斯的Su-37等飞机[4]。侧杆装置可分为被动杆及主动杆两类[5]，被动杆是由弹簧、阻尼器、配重等来实现“人感功能”，具有力感特性不变的特点。随着人们对飞机操纵品质的要求越来越高，被动杆已无法满足要求，由电机、电子器件以及闭环控制系统构成的主动杆逐渐引起航空科研人员的广泛关注。主动杆具有随飞行状态变化而变化的力、位移和阻尼等特性，从而很好地克服被动杆的人感特性欠佳等缺点，而且相比被动杆，主动杆增加了复杂性，对飞机机构的依赖性低、维修性好、对不同飞机的适用性高，所以性能良好的主动杆是侧杆装置的发展方向[6-8]。

国内目前对主动杆装置的研究仍处于探索阶段。主动杆装置的关键技术是有限体积的机械结构设计、俯仰横滚操纵的解耦设计、随飞行状态而变的力感特性设计。为提高我国战斗机的性能，自主研制出可用于下一代战机的主动杆装置，急需解决俯仰与横滚操纵的解耦问题。本文从以下两个方面对主动杆俯仰与横滚操纵的解耦问题进行设计与分析：

（1）解决主动杆俯仰与横滚两个方向操纵隔离的结构设计问题；

（2）对设计的结构进行有限元仿真分析，以验证所设计的结构是否满足强度与稳定性要求。

1 俯仰与横滚操纵的隔离机构设计

驾驶员操纵主动杆装置可以控制飞机的俯仰与横滚两个动作，如何在主动杆装置有限的体积内隔离俯仰操纵与横滚操纵，主动杆隔离机构是结构设计的关键。飞机姿态控制系统可由图1简单描述。

  

图1 飞机姿态控制系统Fig.1 Aircraft attitude control system

由模态分析结果可知，所设计的俯仰轴最小固有频率为1 564.2 Hz，这一频率远大于飞机在整个飞行过程中所受到的最大激振频率160 Hz，这表明俯仰轴在飞机飞行过程中不会发生共振现象，所以设计的俯仰轴在飞行过程中可以保持稳定。

  

图2 两自由度陀螺仪框架结构图Fig.2 Frame structure diagram of two degree of freedom gyroscope

两自由度陀螺仪框架结构如图2所示，由外框架、内框架、外框轴、内框轴、自转轴、转子以及基座组成，外框架通过外框轴安装在基座上，内框架通过内框轴安装在外框架上，外框轴和内框轴互相垂直，转子通过自转轴安装在内框架上。转子连同内框架可绕内框轴转动，内框架连同外框架可绕外框轴转动，从而自转轴具有两个相互垂直的进动自由度，因此两自由度陀螺仪可以实现自转轴指向任意惯性空间。

因为两自由度陀螺仪有两个相互垂直的旋转自由度，同时联想到将要设计的俯仰与横滚操纵的隔离机构同样需要有两个相互垂直的动作，所以本文基于两自由度陀螺仪框架的结构原理对俯仰与横滚操纵的隔离机构进行了设计，所设计的隔离机构三维实体模型如图3所示。

  

图3 俯仰与横滚操纵隔离机构Fig.3 Pitch and roll control isolation mechanism

网页设计是从互联网发展以来，最常见的一种学习方式。我们在搜索引擎中输入商务英语翻译课程，就会有许多各式各样的网页出现，点击便可浏览学习。有的点开则是一个提供学习商务英语的学习机构，你可以选择试学，也可以选择长期学习，这就要因人而异了。这种学习方法的优点是你可以反复观看所需要的视频，你点开的网页也会有历史记录，不会丢了你所需要的网页或是你上次浏览过的网页，总得来说是十分方便快捷的。但是它也有它的缺点那就是它需要你有良好的网络环境，没有好的网络环境，你根本打不开这个页面，甚至在播放视频时出现暂停的状态。这就是网页设计的利与弊。

11月26日下午至27日，浙江省自然资源厅执法监察局在杭州组织召开了2018年全省国土资源执法案卷质量评查工作会议。会议汇报交流了案卷质量评查工作开展情况和2018年工作思路，对全省各地上报的2018年度参评案卷质量集中评查。浙江省自然资源厅相关处室负责人，各设区市和有关县（市、区）执法监察系统负责人参加了会议。

2 隔离机构的模态分析与随机振动分析

飞机在整个飞行过程中会由于外界环境以及飞机发动机涡轮的旋转而产生一系列的振动，当外界激振频率与主动杆零部件的固有频率接近时，主动杆零部件会产生共振现象，这有可能引起主动杆装置的严重损坏。模态分析是研究结构动力特性一种方法，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型[10]。通过模态分析方法了解结构体在某一频率范围内的各阶模态特性，就可知道在此频率范围内结构体在各种振源作用下产生的实际振动响应。

隔离机构的结构设计完成后必须对主要部件进行有限元仿真分析，验证在特定环境下隔离机构是否能保持稳定，同时是否满足强度要求。隔离机构的两根旋转轴是其主要受力部件，它们的稳定与否直接影响到主动杆能否稳定可靠地工作。鉴于文献[11]已完成主动杆机架的有限元计算，因此下面采用ANSYS Workbench仅对隔离机构的两根旋转轴以及隔离机构整体进行有限元仿真计算。

教育、康复、保育工作人员利用每周的沟通交流活动，对儿童的教育、康复、保育问题进行交流，就需要其他科室配合的方面提出各自的意见，并讨论出相应方案。专业整合团队每月定期组织交流会，就个案的问题做专门的交流和讨论，形成处理意见和办法，各科室配合完成。

2.1 俯仰与横滚轴的模态分析和随机振动分析

将在CATIA中建立的俯仰轴与横滚轴三维实体模型保存为.stp文件，导入ANSYS Workbench分析软件。以俯仰轴为例，实体材料选择ZL101A，其屈服强度为235 MPa。

（1）网格的划分与约束的施加

网格划分是有限元分析中很重要的一部分，网格质量的高低对仿真最终结果的准确性影响很大，网格的单元节点数过多会导致求解时间变长，单元节点数过少会导致仿真计算结果的精确度不够。本文对俯仰轴的网格划分方法采用Hex Dominant Method，网格划分单元尺寸设置为6 mm，划分后产生11 364个节点，3 410个单元。

3.不断树立巡视干部良好形象。教育巡视干部始终坚持正确的政治立场和政治方向，始终做到政治上清醒坚定、在重大问题的把握上旗帜鲜明，始终在思想上、行动上与党委保持高度一致。保持公道正派、严谨敬业的作风，讲党性、讲原则，讲真话、讲实情，全面、真实、客观、准确地向党委反映被巡视单位的情况。深入基层，调查研究，谦虚谨慎，谨言慎行。恪守廉洁自律准则，严肃巡视工作纪律，认真执行巡视工作《条例》《办法》和《工作人员守则》，从严遵守巡视工作政治纪律、组织纪律、工作纪律和保密纪律，切实维护巡视工作的威信和尊严。

要进行约束模态分析，首先需要根据俯仰轴的安装状态，对俯仰轴添加相应的边界条件。轴的两端安装的是轴承，所以可以把边界条件设置为Cylindrical Support，并设置切向运动为Free，径向和轴向运动为Fixed。

家庭是构成社会的基本元素，家庭的生存状态是社会发展水平的标志。以往的城乡规划关注企业胜于关注家庭，关注劳动力资源胜于关注劳动者本身。大量农民工的出现，导致了农村家庭的碎片化和离散化、留守人群关爱的缺失，以及远程通勤造成经济负担和资源的浪费等等。城乡规划应从家庭的完整性、聚合性和生活质量方面，对就业、居住和公共服务进行规划，使城乡聚落适宜于家庭生活，而非人口和劳动力集聚的空间。

我国的法院调解包括人民法院对受理的第一审、第二审和再审民事案件，在答辩期满后裁判作出前的调解，以及征得当事人各方同意而在答辩期满前进行的调解。通过法院调解来“息事宁人”自然是当事人的一种权利，而“有权利，就有救济方法”，这体现在为有瑕疵的生效调解书提供的再审渠道。但是2012年民事诉讼法关于再审制度的修改并未在实质上触及调解书的部分，不仅没能使原先调解书再审的模糊规则得到改观，还留下了其与新的通常再审制度在关系上的困惑。笔者认为，理清这一系列启动调解书再审的问题，必须立足于法院调解的属性，因为属性才是阐释制度的应然规则和观察运行的实然状态的基石。

（2）模态分析结果

（3）随机振动分析结果

通过ANSYS Workbench分析得到俯仰轴的模态参数结果如表1所示。

 

表1 俯仰轴模态分析结果Tab.1 Modal analysis results of pitch axis

  

阶数1 2 3 4 5 6固有频率/Hz 1 564.2 1 713.4 3 144.3 4 810.2 5 681.8 6 469.4振型X方向弯曲Z方向弯曲Z方向弯曲Z方向弯曲X方向弯曲X方向弯曲

俯仰轴的前6阶模态振型云图如图4所示。

 

  

图4 模态振型云图Fig.4 Modal shape nephogram

图1 中θ和γ分别为飞机俯仰角和横滚角。两自由度陀螺仪为反馈装置，可用来测量并指示飞机的俯仰角和倾斜角[9]。当驾驶员对主动杆俯仰与横滚操纵机构施加力作用时，主动杆装置输出电信号给俯仰与横滚姿态控制器，控制器根据输入的电信号输出相应的电指令来控制飞机的俯仰与横滚，两自由度陀螺仪检测到飞机的俯仰角与横滚角，将信号反馈到姿态控制器，从而构成飞机姿态的闭环控制系统。

当前估价人员知识结构相对单一，数据处理和数据分析能力不足，难以达到大数据时代估价行业人才的标准。故估价人员需加强自身学习，提高职业技能水平，致力成为估价行业与数据行业之间的跨界型综合性人才，以顺应行业和机构的发展趋势［4］。

在模态分析基础上进行随机振动分析，分别给俯仰轴X、Y和Z方向施加给定的加速度功率谱激励，采用拉依达准则（3σ准则）判断俯仰轴强度是否满足要求，随机振动分析的结果如表2所示。

3. 政府扶持政策给孵化器运营发展带来实惠的具体条例与表现方式。这个问题有13家孵化器没有回答。其余12家孵化器对这个问题的回答不一，分别为：租金、对入园企业的人才补助吸引了优质企业入驻、知识产权奖励政策、孵化器运营主体的资助、文化产业补贴、荣誉和招商、税收优惠、贷款利息补贴、科技孵化器认定政策、电商专业园区奖励等。所列举的这些政策和实惠，对孵化器企业的成长和发展都起到了促进作用。

 

表2 俯仰轴随机振动分析结果Tab.2 Analysis results of random vibration of pitch axis

  

激励方向X方向Y方向Z方向3σ等效应力(MPa)8.205 3 3.072 8 7.398 2最大变形(mm)0.016 74 0.005 54 0.015 21

由图5分析可知，隔离机构受到最大的等效应力为171.05 MPa，小于材料的屈服强度，且变形量最大为0.048 416 mm。图6为隔离机构整体变形云图，由图6可知最大变形发生在手柄连接架上，但此处的变形不影响横滚轴的旋转，从而不会影响主动杆的正常工作。

同法对横滚轴分析可知，所设计的横滚轴最小固有频率为2 124.6 Hz，这一频率远大于飞机在整个飞行过程中所受到的最大激振频率160 Hz，所以横滚轴在飞行过程中同样可以保持稳定；X、Y和Z三个方向的3σ等效应力最大为1.293 3 MPa，远小于235 MPa，所以横滚轴同样也满足强度要求。

2.2 隔离机构整体的模态分析与随机振动分析

对隔离机构的主要部件进行分析后，还需要对隔离机构整体进行有限元分析，以验证装配后的机构整体是否稳定可靠。在对机构整体进行分析前，需要进行网格的划分与约束的施加，划分网格时要注意对装配体的每一个零部件进行单独划分[12]，网格划分方法同样采用Hex Dominant Method，相互接触的零件之间接触尺寸设置为2 mm，这样可以提高分析结果的准确性。

按2.1节相关分析的方法对隔离机构进行同样的分析，得到模态分析结果如表3所示，随机振动分析结果如表4所示。

 

表3 隔离机构模态分析结果Tab.3 Modal analysis results of isolation mechanism

  

阶数1 2 3 4 5 6固有频率/Hz 108 2.6 113 4.4 166 6.3 192 6.7 212 3.8 217 8.2振型Y方向弯曲Z方向弯曲Y方向弯曲X方向弯曲Y方向弯曲X方向弯曲

由模态分析结果可知，本文所设计的隔离机构最小固有频率为1 082.6 Hz，这一频率远大于飞机在整个飞行过程中所受到的最大激振频率160 Hz，表明隔离机构在飞机飞行过程中不会发生共振现象，即隔离机构在飞行过程中可以保持稳定。

 

表4 隔离机构随机振动分析结果Tab.4 Analysis of random vibration of isolation mechanism

  

激励方向X方向Y方向Z方向3σ等效应力(MPa)80.193 255 95.701最大变形(mm)0.023 93 0.026 62 0.036 43

随机振动分析结果可知，X、Y和Z三个方向的3σ等效应力都出现在轴承上，设计所选轴承的材料为GCr15，其屈服强度为1 620 MPa，远大于隔离机构屈服强度255 MPa，所以所设计的隔离机构满足强度要求。

虽然这两位学者对这种现象持批评态度，但不可否认，这就是事实。人们实际上更多的使用的是“增强权能”的精神方面的含义。因此，如果简单的解释什么是“增强权能”，我们就可以采用陈树强的说法，即“增强权能”就是“挖掘或激发案主的潜能”。[2]

3 隔离机构的结构静力学分析

主动杆在实际工作时，驾驶员施加到手柄的力以及力矩电机输出的力，最终都使得旋转轴受到力矩作用，同时旋转轴上的其他配件也使得旋转轴承受了一定的力，这些力会引起隔离机构的变形，所以需要对隔离机构整体进行相应的静力学分析，以确保在这些力作用下隔离机构的变形量在合理范围内。

选择可靠的风景园林施工技术，采取合理的养护措施，有利于提高工程的施工质量，改善城市的生态环境质量，加快现代化城市的建设步伐。不同的施工技术与养护措施在风景园林工程建设中产生的作用效果有所差异，需要技术人员结合工程施工现场的实际概况，确定适用性较强的施工技术，制定和实施科学的养护措施，保证这些工程在实际的应用中能够达到预期的效果。

根据隔离机构实际的主要受力情况，施加约束如图5所示。图5中A为圆柱支撑约束，B为位移约束，C为力矩电机通过齿轮传动传递给横滚轴的力矩，D为驾驶员通过手柄施加给横滚轴的力矩，E为驾驶员通过手柄施加给俯仰轴的力矩，F为力矩电机通过齿轮传动传递给俯仰轴的力矩，G和H分别为俯仰轴和横滚轴上其他配件的重力。

现阶段，我国大部分工业锅炉在给水过程中使用的都是软化水，软化水的使用只是除去了水中大部分的钙、镁离子，对于其他溶解固形物并没有起到消除的作用。而当工业锅炉在工作一段时间后，锅炉内部的水分会不断蒸发，剩下的水会逐渐浓缩，最终导致溶解固形物的含量增多。同时，在工业锅炉运行过程中，由于炉内水分中含有的钙、镁离子会和碱反应，生成一定的水渣，这些水渣若不及时排出，就会使锅炉的内壁上形成结垢，影响锅炉的质量。而除盐水，在使用过程中能够去除锅水中的大部分悬浮物、胶体及各种无机离子，效果非常突出。

  

图5 隔离机构约束的施加Fig.5 Impose constraints on the isolation mechanism

由表2分析结果可知，X、Y和Z三个方向的3σ等效应力都远小于ZL101A材料的屈服强度，所以俯仰轴满足强度要求。应力较大位置发生在图3的结构1附近，在振动过程中这些部位可能会发生塑性变形，可以在后期的设计中对这些位置进行相应的结构改进。

综上分析，所设计的隔离机构满足强度要求，且在飞机飞行过程中可以保证稳定工作。

将图3中隔离机构的横滚转子看作两自由度陀螺仪中的内框架，结构1看作两自由度陀螺仪中的外框架，手柄连接架看作两自由度陀螺仪中的转子。手柄与手柄连接架固连，手柄连接架通过销轴与横滚转子相连，横滚转子与横滚轴也通过销轴相连。当驾驶员沿俯仰方向操纵手柄带动俯仰轴转动时，横滚轴不转动；当驾驶员沿横滚方向操纵手柄通过横滚转子带动横滚轴转动时，俯仰轴不转动，从而实现了俯仰方向与横滚方向的操纵隔离。

  

图6 隔离机构整体变形云图Fig.6 Static structural analysis results of isolation mechanism

4 结语

（1）根据下一代战机主动杆装置的设计要求，结合两自由度陀螺仪框架的结构原理，设计了一种主动杆俯仰与横滚操纵的隔离机构，并且利用CATIA软件建立了该隔离机构的三维实体模型。

（3）设计的隔离机构不仅很好地解决了先进战斗机主动杆俯仰与横滚操纵的隔离设计问题，而且具有体积小、结构紧凑以及维修容易的优点。

（2）采用有限元分析软件ANSYS Workbench对隔离机构进行了模态、随机振动以及静力学等力学特性仿真分析，结果表明设计的隔离机构满足强度和稳定性要求。

农业科研具有涉猎广泛、计划性强等性质，包括各种研究项目、科技成果、科学技术能力和国际科学技术合作等。在实际管理中，如果缺乏责任感，容易犯错误，可能导致重要的科学项目或科学技术结果无法实现。同时，从事农业科研管理工作必须明确界定工作范围。明确界定“后勤服务管理”的概念，在服务基础上建立相应管理规范，摆脱权力、领导等思想的束缚。切实了解研究人员的想法和需求，把复杂留给自己，把简单留给研究人员[1]。

（4）俯仰与横滚操纵的解耦技术是主动杆装置设计的关键技术之一，本文所设计的隔离机构以及利用软件仿真得到的分析数据，可为国内主动杆装置的研发提供一定的参考。

参考文献：

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社会各界都必须高度重视计算机网络安全问题，加强网络安全的教育与宣传，通过多种措施来提升全民网络安全防范意识与能力，震慑黑客、网络攻击者的不法行为，从根本上对计算机网络环境进行净化，构建健康和谐的网络虚拟社会。另外，需要加强网络安全技术人才的培养，构建高水平的网络安全管理团队，提升计算机网络的安全属性。

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