【技术实现步骤摘要】
一种液体火箭阵风载荷时域计算方法
[0001]本专利技术涉及到液体火箭飞行阵风动载荷计算领域，提供一种液体火箭阵风载荷时域计算方法。
技术介绍
[0002]载荷设计是运载火箭总体设计的重要内容，其主要任务是根据作用于运载火箭的外力给出结构内部的剪力、弯矩和轴力等载荷，为结构设计和强度校核提供依据。载荷分为静载荷和动载荷，不同于固体运载火箭，液体火箭由于整体结构刚度低，存在较多的低频模态，气流振荡、大气扰动或操作机构动作等外激励更容易激起火箭整体低阶弹性振动，由此产生分布于全箭的弹性振动响应载荷，该载荷与激起的模态数目、阶次以及该阶模态响应有关，对于长细比较大的液体火箭动载荷与静载荷的比值较大，相关研究表明动载荷占据整个载荷总量的30％。尤其，可重复使用火箭为提升重复使用设计性能，如重复使用次数、使用维护性等，需要开展载荷精细化设计，以实现结构轻质化设计，提高结构效率，需要开展载荷高精度预示，保证飞行过程中阵风载荷等动载荷计算的准确性是基本前提。因此，由阵风载荷等飞行动载荷所引发的载荷不确定性是液体火箭载荷精细化设计的关注重点...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种液体火箭阵风载荷时域计算方法，其特征在于包括如下步骤：建立液体火箭的有限元模型，开展模态分析仿真，提取箭体模态参数；根据Dryden风速功率谱模型，利用软件平台建立风速数据生成模块，得到大量火箭前端尖点处的阵风速度时域数据v0(t)；阵风沿着箭体纵轴的速度大小表示为v(x，t)；计算阵风v(x，t)作用下的箭体一阶广义力f1(t)；基于杜哈梅积分原理，得到一阶广义力f1(t)作用下广义位移时域计算结果；对计算所得一阶广义位移q1(t)进行概率统计分析，得到其概率密度函数，再计算得到一定响应出现概率条件下的广义位移q
m
；按照获取的一定出现概率条件下的一阶广义位移数值q
m
，根据箭体质量分站m
i
，求取模态剪力、弯矩；根据模态叠加法，通过广义位移加权得到阵风载荷。2.根据权利要求1所述的液体火箭阵风载荷时域计算方法，其特征在于所述建立液体火箭的有限元模型，开展模态分析仿真，提取箭体模态参数包括建立液体火箭的有限元模型，通过集中质量单元和无质量梁单元模拟舱段质量特性和刚度特性，推进剂质量特性通过耦合质量模拟，不考虑推进剂的刚度特性，开展模态分析仿真；利用实特征值求解器进行模态分析计算，提取箭体模态参数，包括一阶模态圆频率ω1、一阶广义质量M1、一阶阻尼比ζ1，一阶振型得到箭体在一阶模态空间下单自由度系统的单位脉冲响应函数h(t)表达式(1)，其中ω
d
代表自然频率，表达式为代表自然频率，表达式为3.根据权利要求2所述的液体火箭阵风载荷时域计算方法，其特征在于所述根据Dryden风速功率谱模型，利用软件平台建立风速数据生成模块，得到大量时域数据v0(t)包括选取美军标MIL
‑
F
‑
8785C中Dryden功率谱模型有纵向、横向和法向三个功率谱密度模型，其中阵风载荷只需考虑横法向，其功率谱Φ
v
(ω)相同，表示式(2)，其中σ
v
为阵风的强度，即阵风速度均方根值，取3m/s；L
v
为阵风扰动特征长度，取300m
‑
530m；Φ
v
(ω)为阵风的横法向功率谱密度，单位为(m/s)2/(1/m)；V为箭体速度；按照工程上平稳高斯过程的模拟理论处理得到风速时域数据v0(t)。4.根据权利要求3所述的液体火箭阵风载荷时域计算方法，其特征在于所述利用软件平台建立风速数据生成模块
包括利用MATLAB/SIMULINK平台建立风速数据生成程序，具体利用MATLAB/SIMULINK现有的DrydenWind Turbulence Model即德莱顿风速湍流模型模块，给出参考高度h、阵风均方根值v和DCM方向余弦函数，最后德莱顿风速湍流模型模块输出阵风风速V_dryden。5.根据权利要求4所述的液体火箭阵风载荷时域计算方法，其特征在于所述阵风风速V_dryden包括沿着箭体纵轴的速度v(x，t)，计算方法包括假定在沿火箭纵轴的每个截面上阵风位于同一平面内，风速大小变化处理为箭体长度的余弦函数；设火箭前端尖...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘访，田鹏宇，黄陈哲，周前坤，刘浩，刘重洋，宋心成，冯聪，兰薇薇，郑洪伟，马道远，崔敏亮，
申请(专利权)人：航天科工火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。