飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法及系统，属于航空航天技术领域，解决了现有技术中现有飞行器活动部件连接处结构/机构设计缺少载荷输入的问题。该方法包括：获取活动部件在不同展开位置处的作动力、作动夹角、气动力和气动力矩，基于活动部件的展开转轴建立载荷分析坐标系；基于活动部件在不同展开位置处的活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3、作动力、气动力矩，获取活动部件在不同展开位置处的角加速度；基于活动部件以及每个展开位置处的气动力、作动力、角加速度以及上述夹角θ1、θ2、θ3计算活动部件在每个展开位置处的支反力。件在每个展开位置处的支反力。件在每个展开位置处的支反力。

【技术实现步骤摘要】
飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及航空航天
，尤其涉及一种飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法及系统。

技术介绍

[0002]一些特殊的飞行器具有某些活动部件，飞行过程中活动部件由初始状态逐渐展开，或展开到位后作为操纵面控制飞行器的飞行姿态，或展开至一定程度后与飞行器本体脱离，露出被保护的部件。活动部件展开过程中受作动机构的作动载荷、气动载荷和惯性载荷的共同作用，传递到飞行器连接位置的力可达几万牛，对飞行器的结构完整性和安全性造成了严重威胁。
[0003]然而，在现有飞行器活动部件连接处结构/机构设计时缺少载荷输入。因此，现有技术中缺少一种飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法及系统，为连接处结构/机构的设计提供设计依据。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法及系统，用以解决现有飞行器活动部件连接处结构/机构设计缺少载荷输入的问题。
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法，包括：
[0006]获取活动部件在不同展开位置处的作动力、作动夹角、气动力和气动力矩，基于所述活动部件的展开转轴建立载荷分析坐标系；
[0007]基于所述活动部件在不同展开位置处的活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3、作动力、气动力矩，利用活动部件的转动平衡方程获取活动部件在不同展开位置处的角加速度；
[0008]基于所述活动部件的平动平衡方程以及每个展开位置处的气动力、作动力、角加速度以及上述夹角θ1、θ2、θ3计算所述活动部件在每个展开位置处的支反力。
[0009]进一步地，所述活动部件的转动平衡方程，表达为：
[0010][0011]其中，J为活动部件绕载荷坐标系z轴的转动惯量，为活动部件绕转轴的角加速度，Mz为活动部件绕z轴的气动力矩，F为作动筒提供的作动力，θ2为作动夹角，θ3为作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角，L2为作动力作用点至转轴的距离，G为活动部件的重力，L1为活动部件质心至转轴的距离；
[0012]将所述活动部件每个展开位置处的活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角
θ3、作动力、气动力矩带入上述转动平衡方程，即可得到每个展开位置处的角加速度
[0013]进一步地，采用如下方法获取所述每个展开位置处的活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3：
[0014]所述初始展开位置处的上述夹角的初始值为已知量；
[0015]基于所述初始展开位置处的上述夹角的初始值作动力、气动力矩，利用活动部件的转动平衡方程，计算得到初始展开位置处的角加速度；
[0016]第二展开位置至第N展开位置处的活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3均是通过前一展开位置处的角加速度计算得到的。
[0017]进一步地，基于前一展开位置处的角加速度获取后一展开位置处活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3，包括：
[0018]基于前一展开位置处的角加速度，计算到达后一展开位置所需时间间隔Δt内的角速度ω；
[0019]根据所述角速度ω，计算所述活动部件在后一展开位置处的展开角度；
[0020]根据所述后一展开位置处的展开角度，确定后一展开位置处所述活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3。
[0021]进一步地，所述后一展开位置处活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3，表达为：
[0022][0023][0024]其中，为活动部件展开前初始位置处活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角，为后一展开位置处活动部件展开的角度，为活动部件展开前初始位置处作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角，为前一展开位置的展开角度，为前一展开位置处活动部件绕转轴的角加速度，ω
t
为前一展开位置处活动部件绕转轴的角速度，ω
t+Δt
为后一展开位置处活动部件绕转轴的角速度，t为时间，Δt为从当前位置至后一展开位置所需时间间隔。
[0025]进一步地，所述活动部件的平动平衡方程，表达为：
[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为展开过程的沿x方向和y方向的气动力，F
NX
和F
NY
为载荷分析坐标系坐标轴提供的沿x方向和y方向的支反力，F为作动筒提供的作动力，Fa
n
为活动部件在转动过程中的离心力，m为活动部件的质量，G为活动部件的重力，θ1为活动部件质心与转轴的连
线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角，θ2为作动夹角，a
τ
为活动部件质心处的切向加速度，为活动部件绕转轴的角加速度，L1为活动部件质心至转轴的距离；
[0030]将所述每个展开位置处的气动力、作动力、角加速度以及活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3带入上述平动平衡方程进行求解，即可得到每个展开位置处的沿载荷分析坐标系坐标轴和垂直于载荷分析坐标系坐标轴方向的支反力。
[0031]进一步地，获取活动部件在不同展开位置处的作动力和作动夹角，包括：
[0032]基于所述活动部件的外形尺寸参数，计算所述活动部件在不同展开位置处的作动夹角；基于所述活动部件作动机构作动力与作动行程的对应关系，计算所述活动部件在不同展开位置处的作动力；
[0033]获取作动机构作动力和作动夹角随所述活动部件展开位置变化的数据点，并确定所述作动力在所述活动部件上的作用点位置；
[0034]根据所述数据点拟合出作动力和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法，其特征在于，包括：获取活动部件在不同展开位置处的作动力、作动夹角、气动力和气动力矩，基于所述活动部件的展开转轴建立载荷分析坐标系；基于所述活动部件在不同展开位置处的活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3、作动力、气动力矩，利用活动部件的转动平衡方程获取活动部件在不同展开位置处的角加速度；基于所述活动部件的平动平衡方程以及每个展开位置处的气动力、作动力、角加速度以及上述夹角θ1、θ2、θ3计算所述活动部件在每个展开位置处的支反力。2.根据权利要求1所述的飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法，其特征在于，所述活动部件的转动平衡方程，表达为：其中，J为活动部件绕载荷坐标系z轴的转动惯量，为活动部件绕转轴的角加速度，Mz为活动部件绕z轴的气动力矩，F为作动筒提供的作动力，θ2为作动夹角，θ3为作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角，L2为作动力作用点至转轴的距离，G为活动部件的重力，L1为活动部件质心至转轴的距离；将所述活动部件每个展开位置处的活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3、作动力、气动力矩带入上述转动平衡方程，即可得到每个展开位置处的角加速度3.根据权利要求2所述的飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法，其特征在于，采用如下方法获取所述每个展开位置处的活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3：所述初始展开位置处的上述夹角的初始值为已知量；基于所述初始展开位置处的上述夹角的初始值作动力、气动力矩，利用活动部件的转动平衡方程，计算得到初始展开位置处的角加速度；第二展开位置至第N展开位置处的活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3均是通过前一展开位置处的角加速度计算得到的。4.根据权利要求3所述的飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法，其特征在于，基于前一展开位置处的角加速度获取后一展开位置处活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3，包括：基于前一展开位置处的角加速度，计算到达后一展开位置所需时间间隔Δt内的角速度ω；根据所述角速度ω，计算所述活动部件在后一展开位置处的展开角度；根据所述后一展开位置处的展开角度，确定后一展开位置处所述活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动夹角θ2、作动力作用点与转轴连线与载荷分
析坐标系坐标轴的夹角θ3。5.根据权利要求4所述的飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法，其特征在于，所述后一展开位置处活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ1、作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角θ3，表达为：，表达为：其中，为活动部件展开前初始位置处活动部件质心与转轴的连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角，为后一展开位置处活动部件展开的角度，为活动部件展开前初始位置处作动力作用点与转轴连线与载荷分析坐标系坐标轴的夹角，为前一展开位置的展开角度，为前一展开位置处活动部件绕转轴的角加速度，ω
t
为前一展开位置处活动部件绕转轴的角速度，ω
t+Δt
为后一展开位置处活动部件绕转轴的角速度，t为时间，Δt为从当前位置至后一展开位置所需时间间隔。6.根据权利要求5所述的飞行器活动部件展开过程支反力载荷计算方法，其特征在于，所述活动部件的平动平衡方程，表达为：Fx+F
NX
‑
F
·
sinθ2‑
Fa
n
·
cosθ1＝m
·
a
τ
·
sinθ1Fy+F
NY
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【专利技术属性】
技术研发人员：任强，刘坤伟，王昆，操小龙，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：