一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)冷擺數(shù)字試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)領(lǐng)域，特別是一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)冷擺數(shù)字試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航天型號(hào)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要進(jìn)行大量的地面試驗(yàn)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)冷擺試驗(yàn)是一項(xiàng)結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的重要內(nèi)容，必須在研制周期中盡早解決。
[0003]目前，現(xiàn)有技術(shù)的冷擺試驗(yàn)以成品地面試驗(yàn)為主，缺乏必要的手段在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)早期進(jìn)行試驗(yàn)以檢查發(fā)動(dòng)機(jī)冷擺過(guò)程中，管路、噴管、主結(jié)構(gòu)等是否干涉，從而早期修正設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)地面試驗(yàn)無(wú)法模擬的極限狀態(tài)也缺乏有效的摸底與評(píng)估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為:提供一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)冷擺數(shù)字試驗(yàn)方法，運(yùn)用特定的數(shù)字化試驗(yàn)流程與方法，不依賴地面試驗(yàn)，在設(shè)計(jì)早期提前預(yù)示發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)冷擺過(guò)程中存在的動(dòng)態(tài)干涉問(wèn)題和易發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)區(qū)域，反饋設(shè)計(jì)修改方案，為設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升、實(shí)物試驗(yàn)周期的縮減提供方法和參考依據(jù)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)冷擺數(shù)字試驗(yàn)方法，包括，SI，設(shè)置仿真環(huán)境初始化參數(shù)；S2，基于發(fā)動(dòng)機(jī)三維模型構(gòu)建包含真實(shí)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，在軟件中對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行安裝；S3，定義火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程；S4，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程開始運(yùn)行冷擺的數(shù)字試驗(yàn)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉檢查。
[0007]進(jìn)一步地，在步驟SI中設(shè)置仿真環(huán)境初始化參數(shù)，包括設(shè)置顯示模型細(xì)節(jié)程度或自動(dòng)檢查精度或?qū)语@示狀態(tài)。
[0008]進(jìn)一步地，在步驟S2中根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，預(yù)先裝配輔助零件十字軸，依次完成十字軸與機(jī)架銷釘副定義、伺服機(jī)構(gòu)下支點(diǎn)與十字軸銷釘副定義、伺服機(jī)構(gòu)上支點(diǎn)與機(jī)架球鉸定義。
[0009]進(jìn)一步地，在步驟S2中裝配完成后拖動(dòng)組件完成自由度檢查，保證伺服機(jī)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)正確的運(yùn)動(dòng)副裝配關(guān)系。
[0010]進(jìn)一步地，在步驟S3中利用運(yùn)動(dòng)方程模塊進(jìn)行圓擺、俯仰、滾動(dòng)、偏航、矩形擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程定義。
[0011]進(jìn)一步地，在步驟S3中對(duì)矩形特殊擺動(dòng)方式通過(guò)擬合軌跡方法完成運(yùn)動(dòng)方程定義。
[0012]進(jìn)一步地，在步驟S4中分別完成對(duì)正常狀態(tài)、極限狀態(tài)、摸底狀態(tài)的矩形擺動(dòng)仿真。
[0013]進(jìn)一步地，在步驟S4中采取人工檢查、自動(dòng)檢查相結(jié)合的方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉檢查。
[0014]進(jìn)一步地，自動(dòng)檢查指利用碰撞檢測(cè)功能，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、伺服機(jī)構(gòu)、防熱板、Y字梁等進(jìn)行干涉檢查。
[0015]進(jìn)一步地，人工檢查的方法包含運(yùn)動(dòng)包絡(luò)檢查法及運(yùn)動(dòng)仿真檢查法。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0017](I)本發(fā)明整套方法技術(shù)完整、步驟合理、操作規(guī)范、項(xiàng)目全面，在設(shè)計(jì)早期驗(yàn)證了相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性，充分體現(xiàn)了仿真對(duì)實(shí)物試驗(yàn)的預(yù)示作用。
[0018](2)本發(fā)明采用擬合軌跡、驅(qū)動(dòng)圖元定義等數(shù)字化先進(jìn)手段對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)五種擺動(dòng)方式進(jìn)行仿真，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)地面實(shí)物試驗(yàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的極限工況進(jìn)行模擬，是實(shí)物試驗(yàn)的有效補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)過(guò)程關(guān)鍵間距提取及危險(xiǎn)間距識(shí)別，提前暴露了存在及潛在的不協(xié)調(diào)問(wèn)題。
[0019](3)此外，本發(fā)明基于Pro/E軟件的統(tǒng)一底層平臺(tái)，使得Pro/E設(shè)計(jì)模型能夠直接用于仿真，避免了異構(gòu)模型轉(zhuǎn)換，以數(shù)字樣機(jī)為單一數(shù)據(jù)源實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)仿真無(wú)縫傳遞，保證了數(shù)據(jù)的一致性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1示出了本發(fā)明中的矩形軌跡插值擬合流程。
[0021]圖2示出了本發(fā)明的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)冷擺數(shù)字試驗(yàn)方法實(shí)施流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:
[0023]一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)冷擺數(shù)字試驗(yàn)方法，包含對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)圓擺、俯仰、滾動(dòng)、偏航及矩形五種擺動(dòng)方式的數(shù)字試驗(yàn)方法，對(duì)正常狀態(tài)、極限狀態(tài)、摸底狀態(tài)三種設(shè)計(jì)狀態(tài)進(jìn)行仿真模擬(例如利用ProE/Mechanism模塊)，實(shí)現(xiàn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)過(guò)程動(dòng)態(tài)干涉問(wèn)題識(shí)別及危險(xiǎn)間距提取。
[0024]本發(fā)明的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)冷擺數(shù)字試驗(yàn)方法如下:
[0025](I)利用CAD設(shè)計(jì)軟件的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配模塊對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行正確安裝(例如利用Pro/E運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配模塊)。
[0026]以單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)由兩臺(tái)伺服機(jī)構(gòu)A、B驅(qū)動(dòng)控制為例，說(shuō)明兩者間裝配流程如下:根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)A與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，預(yù)先裝配輔助零件十字軸，依次完成十字軸與機(jī)架銷釘副定義、伺服機(jī)構(gòu)下支點(diǎn)與十字軸銷釘副定義、伺服機(jī)構(gòu)上支點(diǎn)與機(jī)架球鉸定義。裝配完成后拖動(dòng)組件完成自由度檢查，保證伺服機(jī)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)正確的運(yùn)動(dòng)副裝配關(guān)系。按上述同樣的方法完成伺服機(jī)構(gòu)B與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)副裝配關(guān)系。
[0027](2)進(jìn)行圓擺、俯仰、滾動(dòng)、偏航、矩形擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程定義(例如利用ProE/Mechanism 模塊)。
[0028]對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)特定擺動(dòng)方式逐一進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方程定義，其中圓擺、俯仰、滾動(dòng)、偏航四種常規(guī)擺動(dòng)方式直接通過(guò)ProE/Mechanism模塊內(nèi)嵌固定驅(qū)動(dòng)圖元完成定義，對(duì)矩形特殊擺動(dòng)方式通過(guò)擬合軌跡方法完成運(yùn)動(dòng)方程定義，其技術(shù)方案為:
[0029]按伺服機(jī)構(gòu)A、B兩個(gè)方向?qū)[動(dòng)軌跡按時(shí)間序列分別進(jìn)行插值。由于矩形軌跡在作動(dòng)器變換點(diǎn)處不可導(dǎo)，為避免仿真時(shí)出現(xiàn)跳變發(fā)散而導(dǎo)致擬合軌跡中斷，必須對(duì)作動(dòng)器變換點(diǎn)處進(jìn)行微數(shù)量級(jí)插值，在作動(dòng)器變換點(diǎn)± △ (△ < 0.01)處擬合出可導(dǎo)曲線代替原不可導(dǎo)部分。由于矩形擺動(dòng)一個(gè)周期包含四次作動(dòng)器變換，需依次對(duì)其進(jìn)行微數(shù)量級(jí)插值，以完成矩形軌跡擬合。附圖1給出了發(fā)動(dòng)機(jī)矩形軌跡插值擬合流程，包括:1)矩形軌跡分解，以伺服機(jī)構(gòu)A、B方向矢量進(jìn)行分解；2)變換點(diǎn)微數(shù)量級(jí)插值，變換點(diǎn)值選取擬合可導(dǎo)曲線；3)變換點(diǎn)插值曲線合成，伺服機(jī)構(gòu)A、B變換點(diǎn)曲線生成；4)時(shí)間序列定義，對(duì)伺服機(jī)構(gòu)A、B時(shí)間序列定義；5)矩形軌跡單周期擬合，完成單周期內(nèi)矩形軌跡定義；6)擬合矩形軌跡驗(yàn)證，生成2D\3D軌跡曲線，進(jìn)行伺服機(jī)構(gòu)A、B擬合矩形軌跡驗(yàn)證。
[0030]基于插值擬合的矩形軌跡進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)單機(jī)噴管運(yùn)動(dòng)定義包括:
[0031]a)添加矩形擬合軌跡至伺服電機(jī)圖元；
[0032]b)以發(fā)動(dòng)機(jī)單機(jī)噴管常平座為對(duì)象，按伺服機(jī)構(gòu)A、伺服機(jī)構(gòu)B方向完成矢量分解；
[0033]c)基于伺服電機(jī)矩形運(yùn)動(dòng)圖元完成常平座兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)軌跡定義，作為單機(jī)噴管運(yùn)動(dòng)的幾何電機(jī)原動(dòng)力。
[0034]d)設(shè)置單機(jī)噴管初始位置，建立單機(jī)噴管運(yùn)動(dòng)分析任務(wù)，按周期序列完成時(shí)間定義。
[0035](3)面向多種極限狀態(tài)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)軌跡定義。
[0036]正常狀態(tài)下，沿伺服機(jī)構(gòu)作動(dòng)器伸縮方向，每臺(tái)伺服機(jī)構(gòu)可以推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)土 α，即發(fā)動(dòng)機(jī)在單個(gè)伺服機(jī)構(gòu)作動(dòng)器方向的擺角限幅值為α °。理論極限狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)在單個(gè)伺服機(jī)構(gòu)作動(dòng)器方向的擺角限幅值為β °。摸底狀態(tài)下，認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)在單個(gè)伺服機(jī)構(gòu)作動(dòng)器方向的擺角限幅值為γ°。此三種狀態(tài)的圓形、俯仰、滾動(dòng)、偏航常規(guī)擺動(dòng)仿真通過(guò)對(duì)兩個(gè)伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行幅值不同的運(yùn)動(dòng)方程定義，完成擺動(dòng)模擬。對(duì)矩形特殊擺動(dòng)，分別插值最大擺角幅度為、β°、γ°的矩形軌跡，完成對(duì)正常狀態(tài)、極限狀態(tài)、摸底狀態(tài)的矩形擺動(dòng)仿真。
[0037](4)采取人工檢查、自動(dòng)檢查相結(jié)合的方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉檢查，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)估。
[0038]發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)干涉檢查主要檢查發(fā)動(dòng)機(jī)在其整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡上是否與其它零部件有干涉現(xiàn)象；檢查發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡上與其它零部件之間的距離