作动器模拟负载测试系统是一种地面半实物仿真设备,用于模拟火箭等飞行器喷管受到的各种力矩负载,检测作动器加载性能对航空航天领域有着十分重要的意义。本文主要研究模拟负载测试系统弹性力矩加载、摩擦力矩加载的结构优化和加载性能问题。通过理论和实验对作动器模拟负载测试系统加载过程的分析,提出了作动器加载精度的主要影响因素和结构优化方案,验证了优化方案可行性,主要进行了以下研究工作。首先,对摩擦力矩加载性能的研究。利用摩擦学理论对轴向和径向加载的摩擦力矩进行了理论分析计算,并运用Ansys Workbench仿真分析了相同力矩下,轴向和径向加载方式对摩擦力矩精度的影响,结果表明,轴向加载比径向加载的摩擦力矩稳定、精度较高。为解决轴向加载的摩擦力矩的波动问题,提高轴向加载下摩擦力矩稳定性,本文分析了摩擦力矩系数、加载压力、摩擦接触面内半径等对摩擦力矩加载性能影响因素,对摩擦力矩加载摩擦系数、摩擦副接触面内半径和摩擦副结构尺寸及分布进行了优化设计。通过对摩擦副温度场的仿真计算,验证了优化后的摩擦力矩加载过程中温度场变化对摩擦力矩加载性能的影响减小,提高了加载精度。其次,对弹性力矩加载性能的研究。为了提高弹簧钢板的使用寿命和加载性能,本文分析了弹簧钢板受力情况,依据材料力学和弹性力学理论建立弹簧钢板结构优化的数学模型,利用Matlab优化工具箱和遗传算法对数学模型求解。运用Ansys Workbench仿真分析,验证了优化后弹性加载的弹簧钢板结构的合理性。最后,对力矩加载性能的实验研究和分析。对优化前、后作动器模拟负载测试系统的加载性能进行比对实验,实验结果表明:优化后模拟负载测试系统的摩擦力矩单独加载、弹性力矩单独加载的加载精度和稳定性得到了较大的提高,验证了优化方案的可行性。