飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法及系統技術方案

本發明專利技術涉及一種飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法及系統，屬于航空航天技術領域，解決了現有技術中現有飛行器活動部件連接處結構/機構設計缺少載荷輸入的問題。該方法包括：獲取活動部件在不同展開位置處的作動力、作動夾角、氣動力和氣動力矩，基于活動部件的展開轉軸建立載荷分析坐標系；基于活動部件在不同展開位置處的活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3、作動力、氣動力矩，獲取活動部件在不同展開位置處的角加速度；基于活動部件以及每個展開位置處的氣動力、作動力、角加速度以及上述夾角θ1、θ2、θ3計算活動部件在每個展開位置處的支反力。件在每個展開位置處的支反力。件在每個展開位置處的支反力。

【技術實現步驟摘要】
飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法及系統


[0001]本專利技術涉及航空航天
，尤其涉及一種飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法及系統。

技術介紹

[0002]一些特殊的飛行器具有某些活動部件，飛行過程中活動部件由初始狀態逐漸展開，或展開到位后作為操縱面控制飛行器的飛行姿態，或展開至一定程度后與飛行器本體脫離，露出被保護的部件。活動部件展開過程中受作動機構的作動載荷、氣動載荷和慣性載荷的共同作用，傳遞到飛行器連接位置的力可達幾萬牛，對飛行器的結構完整性和安全性造成了嚴重威脅。
[0003]然而，在現有飛行器活動部件連接處結構/機構設計時缺少載荷輸入。因此，現有技術中缺少一種飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法及系統，為連接處結構/機構的設計提供設計依據。

技術實現思路

[0004]鑒于上述的分析，本專利技術實施例旨在提供一種飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法及系統，用以解決現有飛行器活動部件連接處結構/機構設計缺少載荷輸入的問題。
[0005]一方面，本專利技術實施例提供了一種飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法，包括：
[0006]獲取活動部件在不同展開位置處的作動力、作動夾角、氣動力和氣動力矩，基于所述活動部件的展開轉軸建立載荷分析坐標系；
[0007]基于所述活動部件在不同展開位置處的活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3、作動力、氣動力矩，利用活動部件的轉動平衡方程獲取活動部件在不同展開位置處的角加速度；
[0008]基于所述活動部件的平動平衡方程以及每個展開位置處的氣動力、作動力、角加速度以及上述夾角θ1、θ2、θ3計算所述活動部件在每個展開位置處的支反力。
[0009]進一步地，所述活動部件的轉動平衡方程，表達為：
[0010][0011]其中，J為活動部件繞載荷坐標系z軸的轉動慣量，為活動部件繞轉軸的角加速度，Mz為活動部件繞z軸的氣動力矩，F為作動筒提供的作動力，θ2為作動夾角，θ3為作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角，L2為作動力作用點至轉軸的距離，G為活動部件的重力，L1為活動部件質心至轉軸的距離；
[0012]將所述活動部件每個展開位置處的活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角
θ3、作動力、氣動力矩帶入上述轉動平衡方程，即可得到每個展開位置處的角加速度
[0013]進一步地，采用如下方法獲取所述每個展開位置處的活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3：
[0014]所述初始展開位置處的上述夾角的初始值為已知量；
[0015]基于所述初始展開位置處的上述夾角的初始值作動力、氣動力矩，利用活動部件的轉動平衡方程，計算得到初始展開位置處的角加速度；
[0016]第二展開位置至第N展開位置處的活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3均是通過前一展開位置處的角加速度計算得到的。
[0017]進一步地，基于前一展開位置處的角加速度獲取后一展開位置處活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3，包括：
[0018]基于前一展開位置處的角加速度，計算到達后一展開位置所需時間間隔Δt內的角速度ω；
[0019]根據所述角速度ω，計算所述活動部件在后一展開位置處的展開角度；
[0020]根據所述后一展開位置處的展開角度，確定后一展開位置處所述活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3。
[0021]進一步地，所述后一展開位置處活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3，表達為：
[0022][0023][0024]其中，為活動部件展開前初始位置處活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角，為后一展開位置處活動部件展開的角度，為活動部件展開前初始位置處作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角，為前一展開位置的展開角度，為前一展開位置處活動部件繞轉軸的角加速度，ω
t
為前一展開位置處活動部件繞轉軸的角速度，ω
t+Δt
為后一展開位置處活動部件繞轉軸的角速度，t為時間，Δt為從當前位置至后一展開位置所需時間間隔。
[0025]進一步地，所述活動部件的平動平衡方程，表達為：
[0026]Fx+F
NX
?
F
·
sinθ2?
Fa
n
·
cosθ1＝m
·
a
τ
·
sinθ1[0027]Fy+F
NY
?
G
?
F
·
cosθ2?
Fa
n
·
sinθ1＝
?
m
·
a
τ
·
cosθ1[0028][0029]其中，Fx和Fy為展開過程的沿x方向和y方向的氣動力，F
NX
和F
NY
為載荷分析坐標系坐標軸提供的沿x方向和y方向的支反力，F為作動筒提供的作動力，Fa
n
為活動部件在轉動過程中的離心力，m為活動部件的質量，G為活動部件的重力，θ1為活動部件質心與轉軸的連
線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角，θ2為作動夾角，a
τ
為活動部件質心處的切向加速度，為活動部件繞轉軸的角加速度，L1為活動部件質心至轉軸的距離；
[0030]將所述每個展開位置處的氣動力、作動力、角加速度以及活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3帶入上述平動平衡方程進行求解，即可得到每個展開位置處的沿載荷分析坐標系坐標軸和垂直于載荷分析坐標系坐標軸方向的支反力。
[0031]進一步地，獲取活動部件在不同展開位置處的作動力和作動夾角，包括：
[0032]基于所述活動部件的外形尺寸參數，計算所述活動部件在不同展開位置處的作動夾角；基于所述活動部件作動機構作動力與作動行程的對應關系，計算所述活動部件在不同展開位置處的作動力；
[0033]獲取作動機構作動力和作動夾角隨所述活動部件展開位置變化的數據點，并確定所述作動力在所述活動部件上的作用點位置；
[0034]根據所述數據點擬合出作動力和本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法，其特征在于，包括：獲取活動部件在不同展開位置處的作動力、作動夾角、氣動力和氣動力矩，基于所述活動部件的展開轉軸建立載荷分析坐標系；基于所述活動部件在不同展開位置處的活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3、作動力、氣動力矩，利用活動部件的轉動平衡方程獲取活動部件在不同展開位置處的角加速度；基于所述活動部件的平動平衡方程以及每個展開位置處的氣動力、作動力、角加速度以及上述夾角θ1、θ2、θ3計算所述活動部件在每個展開位置處的支反力。2.根據權利要求1所述的飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法，其特征在于，所述活動部件的轉動平衡方程，表達為：其中，J為活動部件繞載荷坐標系z軸的轉動慣量，為活動部件繞轉軸的角加速度，Mz為活動部件繞z軸的氣動力矩，F為作動筒提供的作動力，θ2為作動夾角，θ3為作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角，L2為作動力作用點至轉軸的距離，G為活動部件的重力，L1為活動部件質心至轉軸的距離；將所述活動部件每個展開位置處的活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3、作動力、氣動力矩帶入上述轉動平衡方程，即可得到每個展開位置處的角加速度3.根據權利要求2所述的飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法，其特征在于，采用如下方法獲取所述每個展開位置處的活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3：所述初始展開位置處的上述夾角的初始值為已知量；基于所述初始展開位置處的上述夾角的初始值作動力、氣動力矩，利用活動部件的轉動平衡方程，計算得到初始展開位置處的角加速度；第二展開位置至第N展開位置處的活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3均是通過前一展開位置處的角加速度計算得到的。4.根據權利要求3所述的飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法，其特征在于，基于前一展開位置處的角加速度獲取后一展開位置處活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3，包括：基于前一展開位置處的角加速度，計算到達后一展開位置所需時間間隔Δt內的角速度ω；根據所述角速度ω，計算所述活動部件在后一展開位置處的展開角度；根據所述后一展開位置處的展開角度，確定后一展開位置處所述活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動夾角θ2、作動力作用點與轉軸連線與載荷分
析坐標系坐標軸的夾角θ3。5.根據權利要求4所述的飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法，其特征在于，所述后一展開位置處活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ1、作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角θ3，表達為：，表達為：其中，為活動部件展開前初始位置處活動部件質心與轉軸的連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角，為后一展開位置處活動部件展開的角度，為活動部件展開前初始位置處作動力作用點與轉軸連線與載荷分析坐標系坐標軸的夾角，為前一展開位置的展開角度，為前一展開位置處活動部件繞轉軸的角加速度，ω
t
為前一展開位置處活動部件繞轉軸的角速度，ω
t+Δt
為后一展開位置處活動部件繞轉軸的角速度，t為時間，Δt為從當前位置至后一展開位置所需時間間隔。6.根據權利要求5所述的飛行器活動部件展開過程支反力載荷計算方法，其特征在于，所述活動部件的平動平衡方程，表達為：Fx+F
NX
?
F
·
sinθ2?
Fa
n
·
cosθ1＝m
·
a
τ
·
sinθ1Fy+F
NY
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【專利技術屬性】
技術研發人員：任強，劉坤偉，王昆，操小龍，
申請(專利權)人：北京機電工程研究所，
類型：發明
國別省市：