一種氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法，包括步驟：S1、確定系統(tǒng)的初始狀態(tài)；S2、選取時(shí)間步長(zhǎng)Δt，根據(jù)初始化時(shí)刻t氣動(dòng)元件內(nèi)氣體狀態(tài)，通過Δt時(shí)間輸入的氣體質(zhì)量確定t+Δt時(shí)刻氣動(dòng)元件內(nèi)氣體狀態(tài)；S3、根據(jù)t+Δt時(shí)刻氣動(dòng)元件內(nèi)的氣體壓力對(duì)氣動(dòng)元件的推動(dòng)力、加速度計(jì)算有效載荷的活動(dòng)距離；S4、判斷氣動(dòng)元件t+Δt時(shí)刻活動(dòng)距離是否等于其有效活動(dòng)距離，若等于則系統(tǒng)最終分離速度為t+Δt時(shí)刻有效載荷速度；若不等于則重復(fù)步驟S3-S4，根據(jù)時(shí)間步長(zhǎng)Δt迭代計(jì)算直至找出滿足條件的時(shí)刻；S5、調(diào)整系統(tǒng)初始狀態(tài)中的可設(shè)計(jì)參數(shù)，重復(fù)步驟S2-S4，直到最終設(shè)計(jì)速度滿足要求。實(shí)施本發(fā)明計(jì)算方便結(jié)果準(zhǔn)確，可解決現(xiàn)有技術(shù)中反復(fù)多次試驗(yàn)，經(jīng)濟(jì)時(shí)間成本高的技術(shù)問題。
【專利說明】一種氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣動(dòng)彈射分離分析方法【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣動(dòng)分離是采用高壓氣瓶、氣體發(fā)生器等氣源對(duì)氣缸、氣囊等氣動(dòng)元件進(jìn)行充氣，使氣動(dòng)元件內(nèi)氣體與外界環(huán)境之間形成壓差，進(jìn)而推動(dòng)物體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到分離目的。氣動(dòng)分離在汽車、航天、航海、玩具等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
[0003]在航空航天領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)的分離速度控制要求非常嚴(yán)格，采用氣動(dòng)分離的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，分離速度的精確控制是氣動(dòng)分離的一個(gè)重要設(shè)計(jì)內(nèi)容，而氣動(dòng)分離速度與氣源的壓力、氣源的溫度、氣動(dòng)元件的尺寸、被分離結(jié)構(gòu)質(zhì)量等多種因素相關(guān)，在以往的設(shè)計(jì)中通常是經(jīng)過多輪試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)濟(jì)時(shí)間成本都較高，難以做到對(duì)速度的精確控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法，計(jì)算方便結(jié)果準(zhǔn)確，可解決現(xiàn)有技術(shù)中反復(fù)多次試驗(yàn)，經(jīng)濟(jì)時(shí)間成本高的技術(shù)問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法，所述方法包括以下步驟:
[0006]S1、確定系統(tǒng)的初始狀態(tài),包括氣源輸出氣體的壓力P。、氣源輸出氣體的溫度T。、氣動(dòng)元件的氣體有效作用面積Atl、氣動(dòng)元件內(nèi)部初始容積Vtl、氣動(dòng)元件的進(jìn)氣口徑R、有效載荷的質(zhì)量Mc1、氣動(dòng)元件的有效活動(dòng)距離L和氣動(dòng)元件的數(shù)量N,所述系統(tǒng)的氣動(dòng)分離過程為絕熱過程，即氣體與外界無熱量交換，氣源輸出的氣體壓力Ptl和溫度Ttl恒定，系統(tǒng)初始化時(shí)忽略激波的影響；
[0007]S2、選取時(shí)間步長(zhǎng)At，根據(jù)初始化時(shí)刻t氣動(dòng)元件內(nèi)氣體狀態(tài)，通過At時(shí)間內(nèi)氣源向氣動(dòng)元件內(nèi)輸入的氣體質(zhì)量確定t+At時(shí)刻氣動(dòng)元件內(nèi)氣體狀態(tài)，所述氣體狀態(tài)為氣體的溫度、壓力、質(zhì)量和容積；
[0008]S3、根據(jù)所述t+At時(shí)刻氣動(dòng)元件內(nèi)的氣體壓力對(duì)氣動(dòng)元件的推動(dòng)力、加速度計(jì)算有效載荷的t+At時(shí)刻的速度及活動(dòng)距離；
[0009]S4、判斷所述氣動(dòng)元件t+Δ t時(shí)刻活動(dòng)距離是否等于氣動(dòng)元件的有效活動(dòng)距離，若等于則t+At時(shí)刻為運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)刻，則系統(tǒng)最終分離速度即為運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)刻有效載荷的速度；若不等于則重復(fù)執(zhí)行步驟S3-S4，根據(jù)時(shí)間步長(zhǎng)At繼續(xù)迭代計(jì)算直至找出運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)刻；
[0010]S5、判斷所述運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)刻對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)最終分離速度是否滿足設(shè)計(jì)要求，若不滿足則調(diào)整系統(tǒng)可設(shè)計(jì)參數(shù)，重復(fù)步驟S2-S4，直到得到的系統(tǒng)最終分離速度滿足設(shè)計(jì)要求。
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟S2中，氣動(dòng)元件內(nèi)氣體容積隨著有效載荷運(yùn)動(dòng)而變化，t+At時(shí)刻氣體的容積V(t+At) = A0XS(t+At)+V0, S是有效載荷移動(dòng)距離；t+ Δ t時(shí)刻氣動(dòng)元件內(nèi)的氣體質(zhì)量m(t+ At) = m(t) +5470.8 X Δ t X P0 X R2 X u (t) /Ttl, u是氣體由氣動(dòng)元件入口進(jìn)入氣動(dòng)元件的流動(dòng)速度，當(dāng)PjA3ci > 0.528時(shí)，
【權(quán)利要求】
1.一種氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 51、確定系統(tǒng)的初始狀態(tài)，包括氣源輸出氣體的壓力Ptl、氣源輸出氣體的溫度Ttl、氣動(dòng)元件的氣體有效作用面積Atl、氣動(dòng)元件內(nèi)部初始容積Vtl、氣動(dòng)元件的進(jìn)氣口徑R、有效載荷的質(zhì)量Mc1、氣動(dòng)元件的有效活動(dòng)距離L和氣動(dòng)元件的數(shù)量N,所述系統(tǒng)的氣動(dòng)分離過程為絕熱過程，即氣體與外界無熱量交換，氣源輸出的氣體壓力Ptl和溫度Ttl恒定，系統(tǒng)初始化時(shí)忽略激波的影響； 52、選取時(shí)間步長(zhǎng)At，根據(jù)初始化時(shí)刻t氣動(dòng)元件內(nèi)氣體狀態(tài)，通過At時(shí)間內(nèi)氣源向氣動(dòng)元件內(nèi)輸入的氣體質(zhì)量確定t+Δ?時(shí)刻氣動(dòng)元件內(nèi)氣體狀態(tài),所述氣體狀態(tài)為氣體的溫度、壓力、質(zhì)量和容積； 53、根據(jù)所述t+△ t時(shí)刻氣動(dòng)元件內(nèi)的氣體壓力對(duì)氣動(dòng)元件的推動(dòng)力、加速度計(jì)算有效載荷的t+At時(shí)刻的速度及活動(dòng)距離； 54、判斷所述氣動(dòng)元件t+Δt時(shí)刻活動(dòng)距離是否等于氣動(dòng)元件的有效活動(dòng)距離,若等于則t+At時(shí)刻為運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)刻，則系統(tǒng)最終分離速度即為運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)刻有效載荷的速度；若不等于則重復(fù)執(zhí)行步驟S3-S4，根據(jù)時(shí)間步長(zhǎng)At繼續(xù)迭代計(jì)算直至找出運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)刻； 55、判斷所述運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)刻對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)最終分離速度是否滿足設(shè)計(jì)要求，若不滿足則調(diào)整系統(tǒng)可設(shè)計(jì)參數(shù)，重復(fù)步驟S2-S4，直到得到的系統(tǒng)最終分離速度滿足設(shè)計(jì)要求。
2.如權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟S2中，氣動(dòng)元件內(nèi)氣體容積隨著有效載荷運(yùn)動(dòng)而變化，t+At時(shí)刻氣體的容積V(t+At)=A0XS(t+A t)+V0, S是有效載荷移動(dòng)距離；t+At時(shí)刻氣動(dòng)元件內(nèi)的氣體質(zhì)量m(t+At)=m(t)+5470.8X Λ t XPtlXR2Xu (t)/TQ，u是氣體由氣動(dòng)元件入口進(jìn)入氣動(dòng)元件的流動(dòng)

速度，當(dāng) Pj/P。> 0.528 時(shí)
3.如權(quán)利要求2所述的氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟S3中，t+△ t時(shí)刻有效載荷的加速度a (t+At) = 0.9X (P (t+At)-Pw) XA0/M0, Pw是外界大氣壓力；t+At時(shí)刻有效載荷的移動(dòng)速度V (t+At) =a(t) X At+V (t) ;t+At時(shí)刻有效載荷的移動(dòng)距離S (t+ At) = V (t) X Δ t+S (t)。
4.如權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟S5中，可供調(diào)整的設(shè)計(jì)參數(shù)為氣源的壓力、氣源壓力的上升時(shí)間、氣源的溫度、氣動(dòng)元件的進(jìn)氣口徑、有效載荷的質(zhì)量、氣動(dòng)元件的有效活動(dòng)距離、氣動(dòng)元件的初始容積和氣動(dòng)元件的數(shù)量。
5.如權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)分離速度設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述氣源為高壓氣源，包括高壓氣瓶和氣體發(fā)生器；氣動(dòng)元件為氣缸或氣囊，若氣動(dòng)元件為氣缸，則其氣體有效作用面積為單級(jí)氣缸的截面積或多級(jí)氣缸每級(jí)的截面積；若氣動(dòng)元件為氣囊，則其氣體有效作用面尺寸為氣囊的面積或氣囊對(duì)載荷的作用面積。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103984816SQ201410199552
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】桑希軍, 洪珅, 程雅俐, 陳偉 申請(qǐng)人:湖北航天技術(shù)研究院總體設(shè)計(jì)所