中超声速火箭橇弹橇分离动力学分析方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115952715A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202211673397.1(22)申请日2022.12.26(71)申请人中国兵器工业试验测试研究院地址714200陕西省渭南市华阴市88号信箱(72)发明人杨珍刘禁赵项伟王涛周学文李辉李康屈小婷(74)专利代理机构成都九鼎天元知识产权代理有限公司51214专利代理师任飞宇(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G06F30/15(2020.01)G06F30/28(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称中超声速火箭橇弹橇分离动力学分析方法(57)摘要本发明提供了一种中超声速火箭橇弹橇分离动力学分析方法，对弹橇分离实体模型进行简化，建立弹橇分离气动简化模型，通过仿真求解，获得弹橇分离前后被试品和火箭橇体的气动升力和阻力，计算得到的被试品和火箭橇体气动力，获得被试品从直轨约束运动过程、动态分离过程和自由运动过程中与被试品竖向分离位移和运动姿态曲线，从被试品竖向分离位移曲线中得到被试品与火箭橇体约束结构之间的竖向分开距离，从被试品的竖向和侧向位移曲线中对其姿态进行分析。本发明增强了被试品分离过程的干扰源分析能力，实现了被试品从约束状态到动态分离再到自由运动的全过程模拟，实现了对被试品分离过程的准确模拟，提高计算精度，缩短设计周期，节约成本。CN115952715ACN115952715A权利要求书1/2页1.一种中超声速火箭橇弹橇分离动力学分析方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：根据火箭橇理论弹道边界读取弹橇分离速度，由被试品和火箭橇之间的约束解除加电装置预定位置确定弹橇分离位置；步骤2：建立弹橇分离三维实体模型，弹橇分离三维实体模型由火箭橇系统结构模型、轨道模型和分离装置模型三部分组成，其中火箭橇系统结构模型由被试品、火箭橇体、发动机和被试品约束结构组成，轨道模型包括不平顺直轨、承轨梁、基础和轨道固定约束结构，分离装置模型包括弧轨及其约束固定结构；步骤3：按照空气动力学仿真模型的简化原则，在商业建模软件中对弹橇分离实体模型进行简化，建立弹橇分离气动简化模型；步骤4：在空气动力学软件中对简化后的模型进行离散化和网格划分，得到空气动力学数值仿真模型，通过仿真求解，获得弹橇分离前后被试品和火箭橇体的气动升力和阻力；步骤5：对弹橇分离三维实体模型进行简化，删除工艺孔和边长小于3mm的小面，将火箭橇系统结构部件之间的连接设置为共面，对零部件的表面在其基本外形条件下进行光顺化处理，去除部件之间的渗透干涉；步骤6：在显示动力学分析软件中建立步骤5简化后弹橇分离三维实体模型相对应的有限元模型，采用三维实体单元进行网格离散，所有结构材料本构模型设置为考虑塑性失效的弹塑性模型，将火箭橇系统结构中部件的焊接连接设置为共节点连接，被试品和约束结构之间设置为面面接触，火箭橇系统与轨道和分离装置模型之间设置为面面接触，在接触对参数栏设置静、动摩擦系数，网格全局尺寸设置为0.02m，轨道截面网格细化为0.01m；将直轨和弧轨底面进行全约束，同时约束直轨端面；计算分析时间t＝s/v，s为直轨和弧轨的总长，v为火箭橇运行速度；根据分离点位置计算弹橇分离时间t1＝s1/v，s1为火箭橇从直轨模型起始端运行到弹橇分离点的距离；根据步骤3计算得到的被试品和火箭橇体气动力，创建1个时间数组(0，t1,t)和对应的4个气动力载荷数组，力载荷为弹橇分离前后被试品和火箭橇体的气动阻力和升力；计算被试品约束结构两端的螺栓预紧力，并创建1个预紧力载荷数组；采用节点力形式将数组载荷加载到对应结构的节点组件上；将计算文件以.k的形式写出，并在商用冲击动力学软件中进行计算，获得被试品从直轨约束运动过程、动态分离过程和自由运动过程中与被试品竖向分离位移和运动姿态曲线；步骤7：根据步骤6弹橇分离动力学计算结果中被试品竖向分离位移曲线，判断被试品在动态分离过程中是否受到火箭橇体的扰动而使攻角发散；若火箭橇体在弹橇分离过程中对被试品产生了扰动，分析该扰动产生的原因，首先检查火箭橇体结构是否发生破坏，若发生破坏，分析是由于刚强度不够导致的结构破坏，还是弧轨曲率半径太小、离心力太大而发生的破坏，优化火箭橇体结构和弧轨曲率半径，若没有发生破坏，则检查弧轨是否发生破坏，并分析破坏的原因，优化弧轨曲率半径和约束方式，并执行步骤3～6，直到扰动消除或减小到满足被试品攻角要求范围；步骤8：从被试品竖向分离位移曲线中得到被试品与火箭橇体约束结构之间的竖向分开距离，从被试品的竖向和侧向位移曲线中对其姿态进行分析。2.根据权利要求1所述的中超声速火箭橇弹橇分离动力学分析方法，其特征在于：所述步骤1中，被试品和火箭橇之间的约束解除加电