火箭撬系统动力学建模和振动载荷研究
用Pro/E和ANSYS对火箭橇载三轴转台进行建模及模态分析
( etf cai l Eetcl nier gN r Wet o t h i nvrt, in7 07 ,hn ) D p hIc & l r aE g ei ,ot sPl e nc U i syX' 105 C ia oMe Ia ci n n h yc a l ei a
b p oii a ua trr i e l n l l d t y rv n t m nf ue t d t e a dr i e a . dg h e c wh a d i ea a b
Ke o d : r/ A S ; ii lme t n ls F A ; h e- xstr tbeB s g b a k yw r s P oE; N YS Fnt e e e n ayi E )T re- i u na l; ai r c - a s( a n
一
1 三轴飞行转 台的结构 总体设计
e ; o n ai n tF u d / o
中图分 类号 : P9 . 文献 标识 码 : 1 31 1 9 A
为了给高速运行 的导 弹和火箭 提供一套更 真实 的模 拟平 位置精度 , 必须采用有效的抗振措施 , 减少振动 的幅度 , 才能保 台, 有必要建立我们国家 自己的地面飞行 模拟设施 。 况比较复杂, 而在进行三轴转台设计的时候又不能不考虑它 的受 力及运动姿态 。 为此 , 我们利 用 A S S N Y 软件 , 给出了三轴转 台底 座的有 限元计算的力学模 型,计算出 了三轴转台底座应力集中 的位 置和应力分布规律。 证转台的性能参数 。 因此对告诉飞行的转台进行模态分析 , 了解 携带 三轴转 台做高速运动的火箭滑车及三轴转 台受力 的情 转台的振动状况 , 十分必要 的。 是
【 要 】 PoE和 A S S 摘 用 r/ N Y 软件对三轴飞行模拟转 台的底座进行 了建模、 态分析 , 出了 模 得
航空航天技术中的结构动力学分析与仿真
航空航天技术中的结构动力学分析与仿真航空航天技术的发展离不开结构动力学分析与仿真。
在航空航天领域,结构动力学分析与仿真是评估和改进载荷、振动与静态应力以及结构疲劳寿命等关键参数的重要手段。
本文将讨论航空航天技术中的结构动力学分析与仿真的意义、方法以及应用。
一、结构动力学分析的意义结构动力学分析是通过模拟载荷情况下结构的振动和应力响应,来评估结构的可靠性和安全性。
在航空航天工程中,结构动力学分析有以下几个重要意义:1. 评估结构可靠性:结构动力学分析能够通过模拟不同的载荷情况,分析结构的振动和应力响应,从而评估结构的可靠性和安全性,为设计和改进结构提供依据。
2. 优化结构设计:结构动力学分析可以帮助工程师发现结构中的问题和瓶颈,从而优化结构的设计。
通过分析振动模态以及应力分布等参数,可以针对性地提出结构改进的方案,提高结构的性能和可靠性。
3. 降低结构疲劳寿命:结构动力学分析可以通过模拟结构的振动和应力响应,评估结构的疲劳寿命。
通过合理设计和调整结构的刚度和减振装置,可以降低结构的疲劳损伤,延长结构的使用寿命。
二、结构动力学分析的方法结构动力学分析主要涉及模态分析、应力分析和疲劳寿命评估等方法。
下面分别介绍这些方法:1. 模态分析:模态分析是分析结构的振动特性和模态形态的方法。
通过利用有限元分析软件,可以计算和分析出结构中的振动特征模态,包括自由振动模态和强迫振动响应模态。
模态分析结果可以帮助确定结构的固有频率、振动模态和模态质量等信息。
2. 应力分析:应力分析是研究结构在不同载荷下的应力分布和应力集中的方法。
通过建立结构的有限元模型,在给定的载荷条件下,可以计算结构中各点的应力响应。
应力分析可以帮助发现结构中的应力集中区域和高应力区域,从而进行优化设计和改进。
3. 疲劳寿命评估:疲劳寿命评估是通过模拟结构在不同工况下的应力响应,计算并评估结构的疲劳寿命。
疲劳寿命评估是航空航天技术中非常重要的一部分,可以帮助确定结构的使用寿命和维修周期,保证结构的可靠性和安全性。
火箭橇试验减振系统力学仿真研究
A src W i h eerho jcscn etae nteifae ok t ulyrd coc l insse b ta t t tersac bet o cnrtdo rrdrce l e ue sia o y tm,i Sa dt h e uesi h h n p e lt t i oterd co c— ’ me l
值约 为 0 1 5 2 Hz经 车体 上减振 装置一 级减 振后 , 段 .8g/ , 舱
内 的框 架 上 测 得 功 率 谱 密 度 值 放 大 2倍 多 , 0 4 g / 为 . 2 2 Hz (4 7 处 ) 经 试 验 件 的 二 级 减 振 后 又 放 大 2倍 多 , 5 . Hz , 为
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定, 质量分布采用质量
元模拟。通过振型分析并不断调整相关参数 , 使其一阶频率达
到 10 , 6Hz锁定相关参数 , 完成该模型建立及校验 。
5 2 系统 模 型 及 校 验 .
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1 实 际工 程 问题 进 行 分 析 研 究 , 立 数 学模 型 ; )对 建
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谱密度最 高值 达 0 7g/ , 车体 上减 振装 置一 级减 振 . 12 Hz经 后 , 内的框架上测得功率谱 密度值为 0 3 g/ (6 Hz 舱段 .6 2Hz37 处) 即效果很 明显 , , 经试验件的二级减振后 近于 0 。
图 1 主 系 统
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图 2 添加减振 器
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图 3 添加 阻尼减
后 的系统
振 器后的ห้องสมุดไป่ตู้系统
航天器结构动力学与振动控制研究
航天器结构动力学与振动控制研究航天器是进行太空探索和科学研究的重要工具,而其结构动力学和振动控制是保证航天器安全运行和提高其效率的关键因素之一。
本文将探讨航天器结构动力学的基本原理和研究方法,并介绍一些常用的振动控制技术。
首先,我们来了解航天器结构动力学的基本原理。
航天器是一种特殊的工程结构,在其运行过程中会受到各种外部力的作用,比如风力、惯性载荷和火箭发动机产生的推力。
这些力会导致航天器产生各种振动,包括自由振动和受迫振动。
为了研究和控制这些振动,我们需要建立合适的动力学模型。
航天器的结构动力学模型通常包括质点模型、连续体模型和柔性多体动力学模型。
质点模型假设航天器的结构可以看作是一系列质点的集合,通过质点之间的连接关系来模拟结构的动力学行为。
连续体模型则将结构看作是一个连续的弹性体,使用偏微分方程来描述结构的振动特性。
柔性多体动力学模型则是将航天器的结构看作是由刚性体和柔性体组成的多体系统,更加精确地描述了结构的振动行为。
在航天器结构动力学研究的过程中,通常会进行模态分析和频域分析。
模态分析用于求解结构的固有频率和模态形式,可以得到航天器的振动模态及其对应的振动特性。
而频域分析则通过将结构的振动信号在频域上进行分析,得到结构的频率响应和频率响应函数,从而揭示结构的动力学特性。
一旦对航天器的结构动力学特性有了一定的了解,我们就可以进行振动控制的研究。
振动控制的目标是通过应用各种手段,降低或消除航天器振动带来的不利影响。
常见的振动控制方法包括主动振动控制、被动振动控制和半主动振动控制。
主动振动控制是指通过在航天器结构上加入主动控制器,通过激励力来控制航天器的振动。
这种方法需要传感器来感知结构的振动状态,并根据反馈信号调整激励力的大小和方向,从而实现振动控制的目的。
被动振动控制是指通过改变结构的刚度、阻尼或质量分布等参数,来改变结构的振动特性。
这种方法不需要额外的激励力,但需要事先设计好结构的参数。
航天器结构动力学特性与振动控制研究
航天器结构动力学特性与振动控制研究导言:航天器的结构动力学特性和振动控制是现代航天技术中的重要研究领域。
航天器的结构动力学特性研究可以提供对航天器振动特性的深入理解,进而为设计优化、材料选择和疲劳寿命评估等方面提供参考。
而振动控制技术的应用,则可以有效地降低航天器振动对任务的影响,确保航天器的正常运行。
一、航天器结构动力学特性研究航天器结构动力学特性研究是指对航天器振动特性进行建模和分析的过程。
通过分析航天器的结构、材料和载荷等因素对航天器振动特性的影响,可以预测和评估航天器在不同工作环境下的动力学行为。
航天器结构动力学特性研究包括航天器振动模态分析、固有频率和阻尼比计算等方面。
为了研究航天器的结构动力学特性,一种常用的方法是有限元分析。
有限元法将航天器结构分为数个有限元,进行局部应力、位移和振动等参数的计算。
通过有限元分析,可以得到航天器的固有频率、振型和模态参与系数等重要信息。
此外,还可以通过实验手段,如模态测试和工程加速度响应测试等,来验证和修正有限元模型的准确性。
二、航天器振动控制方法航天器振动控制方法可以分为主动控制、被动控制和半主动控制三种。
主动控制方法通过主动施加力或力矩来实现振动的抑制。
被动控制方法则利用传感器和阻尼器等装置实时调整航天器的振动响应。
而半主动控制方法则综合了主动控制和被动控制的特点,可以在不同工况下自适应地改变控制策略。
主动控制方法中,最常见的是利用伺服电机、活门和液压装置等实现主动振动控制。
通过对系统动力学建模和控制算法的设计,可以实现对航天器的振动进行精确的控制。
被动控制方法中,常用的装置包括磁流变阻尼器、形状记忆合金和减振材料等。
这些装置具有较低的能耗和易安装等特点,适用于不同航天器结构的振动控制。
而半主动控制方法中,采用的装置主要为半主动加缓器和半主动阻尼器。
这些装置可以根据系统响应实时调整控制参数,以实现动态的振动控制。
三、航天器振动控制的应用研究航天器振动控制的应用研究主要包括减少振动对任务的影响、提高航天器稳定性和保证载荷的安全性等方面。
航天器结构动力学特性与振动控制研究
航天器结构动力学特性与振动控制研究一、引言航天器的结构动力学特性是指其在运行和操作中受到的力学载荷以及由此产生的振动情况。
这些特性在航天器的设计和研发过程中至关重要,直接影响着航天器的性能和安全。
本文将探讨航天器结构动力学特性与振动控制的相关研究,首先介绍航天器的结构动力学分析方法,然后讨论振动控制的方法和技术。
二、航天器结构动力学分析方法航天器的结构动力学分析是指对航天器在特定工况下受到的外界载荷作用下的动力响应进行研究和分析。
一般来说,航天器的结构动力学分析可以通过有限元方法、模态分析和模型试验等手段来实现。
有限元方法是一种常用的结构动力学分析方法,它基于有限元理论和有限元数值计算方法,可以对航天器的结构进行离散化处理,然后通过求解离散方程组来预测结构的动力响应。
该方法具有计算精度高、适应性广等优点,被广泛应用于航天器结构的动力学分析。
模态分析是航天器结构动力学分析的一种重要手段。
它通过求解结构的固有频率和固有振型,并采用叠加原理来分析结构的响应特性。
模态分析可以帮助研究人员更好地理解航天器结构的振动特性,为振动控制提供参考。
除了有限元方法和模态分析外,模型试验也是航天器结构动力学分析的一种常用手段。
模型试验可以通过构建航天器的缩比模型,对其进行实物验证。
这种方法可以直接观测到航天器结构的振动情况,为动力学特性的分析提供直接的数据支持。
三、振动控制方法和技术航天器在运行和操作中往往会受到各种外界载荷的作用,例如重力、气动力、推力以及温度变化等。
这些外界载荷会导致航天器结构的振动,从而影响航天器的性能和安全。
为了降低振动的影响,振动控制方法和技术应运而生。
振动控制有多种方法,其中一种常见的方法是主动振动控制。
主动振动控制是指通过在结构中安装一定数量的传感器和执行器,并根据传感器采集到的振动信号实时调整执行器的工作状态,从而控制结构的振动行为。
这种方法在航天器的振动控制中具有广泛的应用,可以有效地减小结构的振动幅值。
航天器动力学建模与控制研究
航天器动力学建模与控制研究航天器的动力学建模与控制研究是航天工程领域的重要研究方向之一、航天器的动力学建模与控制研究的目的是通过数学模型描述航天器的运动规律,并设计控制策略来使航天器达到预期的运动目标。
在航天器的动力学建模方面,首先需要建立航天器的数学模型。
航天器的数学模型可以分为刚体动力学模型和柔性体动力学模型两类。
刚体动力学模型假设航天器为刚体,不考虑航天器的弹性变形;柔性体动力学模型考虑航天器的弹性变形,通过振态方程描述柔性体的振动状态。
建立航天器的数学模型需要考虑航天器的质量、惯性矩阵、力矩、外部扰动等因素,并采用动力学方程来描述航天器的运动。
在航天器的控制研究方面,首先需要确定所要控制的动态性能指标,如航天器的稳定性、精度、鲁棒性等。
然后,根据航天器的数学模型和控制性能指标,设计相应的控制策略。
常用的控制策略包括比例-积分-微分控制(PID控制)、模糊控制、自适应控制、线性二次调节器(LQR)等。
这些控制策略可以通过调节控制器的参数或者设计适当的控制算法来实现对航天器的控制。
此外,航天器的控制还需要考虑航天器与环境之间相互作用的影响。
例如,航天器在进入大气层时会受到空气阻力的影响,这会导致航天器的轨道变化。
因此,控制航天器的运动还需要考虑环境因素,并设计相应的控制策略来补偿或抵消环境因素的影响。
航天器的动力学建模与控制研究涉及到多学科的知识,包括力学、控制理论、动力学等。
近年来,随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展,航天器的动力学建模与控制研究也取得了很大的进展。
越来越多的研究者利用数值模拟方法对航天器的动力学特性进行分析和优化,并设计出更加精确和高效的控制策略。
总之,航天器的动力学建模与控制研究是航天工程中的重要内容,通过数学模型和控制策略的设计,可以实现对航天器运动的精确控制,提高航天器的运行稳定性和控制精度。
随着人类对航天事业的不断追求与发展,航天器的动力学建模与控制研究将会在未来得到更加广泛的应用和深入的研究。
航空发动机整机动力学模型建立与振动特性分析
航空发动机整机动力学模型建立与振动特性分析摘要:本文旨在提出一个用于建立航空发动机整机动力学模型并分析其振动特性的新方法。
首先,基于受控流体动力学和单轴力学的原理,采用简化的形式建立航空发动机整体动力学模型。
其次,通过探索航空发动机的稳定性条件,采用数值分析技术计算振动的最大值和相位。
最后,以某型号发动机为例,通过实验分析对仿真结果进行了有效验证。
研究结果表明,该方法有助于建立准确、有效、可靠的航空发动机整体动力学模型,并可以有效地分析其振动特性。
关键词:航空发动机;动力学模型;振动;分析;仿真正文:1 绪论现代航空技术是飞行安全性和航空发动机性能的关键,而航空发动机的可靠性和稳定性是航空技术中非常重要的,而其发动机的振动特性对发动机的可靠性有着至关重要的影响。
因此,对于航空发动机的振动特性进行精确的分析是飞行安全性的关键。
2 基本原理根据受控流体动力学(CFD)和单轴力学的原理,可以建立航空发动机的动力学模型,以揭示发动机振动的本质特征。
基于控制质量流量变化的假设,采用一维流体动力学方程描述发动机室内气流及其流量变化,由此解释出组成发动机的重要部件间的能量耦合关系,使得可以以动力学的形式来表示发动机的多个总成,并以此为基础建立航空发动机动力学模型。
3 模型建立研究表明,航空发动机的动力学模型可以由三个不同的模型组成:发动机总成质量模型、发动机外流动力学模型和发动机内喷油系统模型。
在发动机总成质量模型中,根据动力学原理,采用简化的形式建立航空发动机整体动力学模型,并考虑发动机的摩擦、转动惯量和弹簧等因素,以实现模型的完整性。
4 振动特性分析为了确定航空发动机的稳定性,采用数值分析技术来计算发动机驱动系统振动的最大值和相位,以及衡量振动的主要来源。
此外,还需要考虑航空发动机的参数不确定性,通过不确定性分析,以分析参数变化对振动特性的影响,以及确定参数变化对振动特性的可靠性影响。
5 实验分析以一种常见的航空发动机为例,通过实验获取实际参数,将其与建立的航空发动机整体动力学模型进行比较,进行有效验证,以得出精确的振动特性。
运载火箭动力系统的建模与测试仿真的开题报告
运载火箭动力系统的建模与测试仿真的开题报告一、研究背景与意义运载火箭(Launch vehicle)是指用于运送卫星、航天器等空间器材进入轨道的载具。
运载火箭的动力系统是其最关键的部分,直接决定着运载能力和安全性能。
因此,对运载火箭动力系统的建模与测试仿真是保障运载任务成功完成的必要手段。
传统的运载火箭动力系统的设计方法主要建立在试验数据和经验基础上,依靠试验进行调整。
但是这种方法不能满足现代航天技术快速发展的需求,因此运载火箭动力系统的建模与测试仿真变得越来越重要。
本研究旨在开展运载火箭动力系统的建模与测试仿真研究,主要包含以下内容:1. 运载火箭动力系统建模:通过数学建模的方法描述运载火箭动力系统的物理过程,从而获取运载火箭动力系统的特性参数。
2. 运载火箭动力系统测试仿真:通过电子计算机仿真技术,将运载火箭动力系统的建模结果转化为实际控制系统的参数,进行虚拟试验,评估系统的性能和可靠性。
二、研究内容和计划1. 运载火箭动力系统建模运载火箭综合系统是一个几十层次、上千种组件的大系统,包括燃料系统、动力系统、控制系统等多个子系统。
本研究重点针对运载火箭动力系统进行建模。
具体研究内容:(1)运载火箭动力系统模型:建立运载火箭动力系统的数学模型,包括燃氧系统、液氢燃料系统、涡轮泵系统、涡轮发电机系统、推进剂喷射系统和发动机系统等。
(2)系统参数分析:通过系统建模,获取运载火箭动力系统的特性参数,包括推力大小、喷射速度、动力制动力等。
2. 运载火箭动力系统测试仿真通过电子计算机仿真技术,将运载火箭动力系统建模结果转化为实际控制系统的参数,进行虚拟试验。
对运载火箭动力系统的性能和可靠性进行评估。
具体研究内容:(1)控制系统规划:根据建模结果,设计运载火箭动力系统的控制系统方案,并确定控制策略。
(2)系统仿真平台搭建:建立运载火箭动力系统控制系统仿真平台,包括硬件环境和仿真软件。
(3)安全性能评估:通过虚拟试验模拟实际控制过程,评估运载火箭动力系统的性能和可靠性,并进行安全性能评估。
火箭橇减振系统设计
火箭橇减振系统设计
董治华;肖军;张林锐;章玮玮;薛强
【期刊名称】《四川兵工学报》
【年(卷),期】2018(039)008
【摘要】分析了火箭橇动态试验时振动频率宽、振动强度大的振动特性,建立了基础激励下双层减振模型,通过参数优化设计,设计了火箭橇双层减振系统.通过仿真计算和试验验证,双层减振系统可有效抑制火箭橇动态试验的高频振动,使橇车振动满足常见被试品工作环境要求.
【总页数】6页(P15-20)
【作者】董治华;肖军;张林锐;章玮玮;薛强
【作者单位】陆军工程大学,石家庄050000;中国华阴兵器试验中心,陕西华阴714200;中国华阴兵器试验中心,陕西华阴714200;中国华阴兵器试验中心,陕西华阴714200;中国华阴兵器试验中心,陕西华阴714200
【正文语种】中文
【中图分类】TN967.1
【相关文献】
1.火箭橇试验减振系统力学仿真研究 [J], 丁春全;周昊;冯志杰;周俊明
2.火箭橇减振系统设计 [J], 董治华; 肖军; 张林锐; 章玮玮; 薛强
3.利用悬索火箭橇设计的高速定向抛投系统 [J], 游培寒; 赵未平; 祝逢春; 缪昕; 胡瑜
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某多管火箭发射装置结构动力学仿真与动态特性优化研究的开题报告
某多管火箭发射装置结构动力学仿真与动态特性优化研究
的开题报告
一、研究背景及意义
多管火箭发射装置是一种常见的火箭发射装置,用于同时发射多枚火箭。
在使用中,多管火箭发射装置具有结构复杂、动力学参数变化大等特点,因此需要进行系统的结构动力学仿真和动态特性优化研究。
基于此,本研究旨在探究多管火箭发射装置在发射时的结构动力学特性及其对火箭发射的影响,为大规模火箭发射提供技术支持和优化方案。
二、研究内容
1.多管火箭发射装置三维模型建立及材料力学参数确定
2.多管火箭发射装置结构动力学仿真
3.动力学特性优化与参数调整
4.发射试验验证
三、预期结果
1.建立多管火箭发射装置三维模型,并确定材料力学参数
2.模拟多管火箭发射装置在不同参数下的结构动力学特性,并分析其对火箭发射的影响
3.探索多管火箭发射装置的动力学特性优化方案,提出参数调整建议
4.进行发射试验验证,验证优化效果
四、研究方法
1.对多管火箭发射装置进行三维建模,采用有限元方法求解其动力学特性
2.通过调整多管火箭发射装置的参数,优化其动力学特性
3.利用动力学仿真软件进行仿真,验证优化效果
4.进行实际发射试验,验证仿真结果
五、研究意义
本研究可为多管火箭发射装置的设计和优化提供技术支持和理论依据,对提高发射成功率、保障人员安全具有重要实际意义。
非对称双轨火箭橇动力学建模与仿真研究
第20卷第11期装备环境工程2023年11月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·53·非对称双轨火箭橇动力学建模与仿真研究周雪鹏1,代小强1,杨珍2,陈阳1(1.西南技术工程研究所,重庆400039;2.中国兵器工业试验测试研究院,西安 714200)摘要:目的以高速非对称双轨火箭橇系统为研究对象,建立包含橇-轨相互作用的相关动力学模型,开展全轨范围内的动态特性数值模拟研究。
方法在明确火箭橇的组成和动力学过程基础上,对非对称双轨火箭橇进行受力分析,推导和建立非对称火箭橇-轨道耦合动力学模型,并对火箭橇进行自由模态分析。
分析获得火箭橇气动力时程曲线、考虑火箭发动机质量损失的附加质量时程曲线,同时重构了轨道不平顺模型作为轨道激励。
在此基础上,采用动力学软件分析火箭橇系统的动态特性。
结果及结论产品橇模态高于第二级推力橇,第二级推力橇模态高于火箭橇整体模态。
火箭橇加速度随运行速度的增加而增大,竖向加速度大于横向加速度,火箭橇高速运行过程时的危险部位位于侧边翼上,有折断的风险。
火箭橇竖向滑靴之间存在相位差,火箭橇竖向做俯仰运动,横向为往复摆动,竖向动力响应约为横向的1~2倍。
关键词:非对称;火箭橇;橇轨耦合;动力学建模;数值模拟;动态特性中图分类号:TJ013 文献标识码:A 文章编号:1672-9242(2023)11-0053-10DOI:10.7643/ issn.1672-9242.2023.11.008Dynamic Modeling and Numerical Simulation ofAsymmetric Double Orbit Rocket SledZHOU Xue-peng1, DAI Xiao-qiang1, YANG Zhen2, CHEN Yang1(1. Southwest Institute of Technology and Engineering, Chongqing 400039, China; 2. Norinco Group Test andMeasuring Academy, China North Industries Group Corporation Limited, Xi'an 714200, China)ABSTRACT: The work aims to take the high-speed asymmetric double orbit rocket sled system as the research object to estab-lish a relevant dynamic model including the sledge-rail interaction and carry out numerical simulation on the dynamic character-istics within the whole orbit. Firstly, the composition and dynamic process of the rocket sled were clarified, and the force on the asymmetric double orbit rocket sled was analyzed to deduce and establish the coupling dynamic model of rocket sled and orbit.Secondly, the free mode of the rocket sled was analyzed, showing that the product sled mode was higher than the second stage thrust sled, and the second stage thrust sled mode was higher than the overall mode of the rocket sled. Finally, the aerodynamic time history curve of the rocket sled and the additional mass time history curve considering the mass loss of the rocket engine were obtained and theorbit irregularity model was reconstructedas the orbit excitation. On this basis, the dynamics software was used to analyze the dynamic characteristics of the rocket sled system. The acceleration of rocket sled increased with the increase of running speed and the vertical acceleration was greater than the lateral acceleration. The dangerous part of the rocket sled at high speed was on the side wing, where there was a risk of breaking. There was a phase difference between the vertical slippers of the rocket sled. The rocket sled was pitching vertically and swinging back and forth laterally, and the vertical dynamic re-sponse was about 1~2 times that of the lateral one.收稿日期:2023-03-06;修订日期:2023-07-17Received:2023-03-06;Revised:2023-07-17引文格式:周雪鹏, 代小强, 杨珍, 等. 非对称双轨火箭橇动力学建模与仿真研究[J]. 装备环境工程, 2023, 20(11): 053-062.ZHOU Xue-peng, DAI Xiao-qiang, YANG Zhen, et al. Dynamic Modeling and Numerical Simulation ofAsymmetric Double Orbit Rocket Sled[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(11): 053-062.·54·装备环境工程 2023年11月KEY WORDS: asymmetric; rocket sled; sled-orbit coupling; dynamic modeling; numerical simulation; dynamic characteristics火箭橇试验技术能够将飞行状态进行精确模拟,已广泛应用于飞机、导弹、空中飞行器等,可以解决武器装备在研制过程中有关高速度、高加速度可能带来的许多技术问题。
火箭推进系统动力学特性分析与优化设计
火箭推进系统动力学特性分析与优化设计这些年来,人类对太空探索的热情与日俱增。
火箭作为最主要的太空探索工具,其推进系统的动力学特性至关重要。
本文将就火箭推进系统的动力学特性进行分析,并探讨如何优化设计。
在分析火箭推进系统的动力学特性之前,我们先了解一下推进系统的组成。
火箭推进系统主要由推进剂、燃烧室、喷嘴、涡轮泵和喷气喉等组成。
推进剂通过燃烧室中的燃烧反应产生高温高压的气体,然后通过喷气喉喷出来,从而形成向相反方向的推力。
首先,我们来分析火箭推进系统的动力学特性。
火箭推进系统的动力学特性可以用推力、质量流率和比冲来描述。
推力是衡量火箭引擎输出功率的指标,通常用牛顿(N)作为单位。
质量流率是指每秒钟喷出的质量,通常用千克/秒(kg/s)作为单位。
比冲是衡量推进系统燃料利用效率的指标,它是单位时间内喷出的速度增量与单位时间内燃料消耗的质量之比。
比冲越大,火箭的燃料利用效率越高。
其次,我们来讨论如何优化设计火箭推进系统的动力学特性。
优化设计可以从推进剂、燃烧室、喷嘴和涡轮泵等方面入手。
首先,对于推进剂的选择,我们可以通过研究不同推进剂的化学性质和特性来选择最适合的推进剂。
例如,液体氧和液体氢是一种常用的推进剂组合,因为它们的燃烧反应产生的气体温度高、压力大,能够提供高能量输出。
其次,对于燃烧室的设计,我们可以通过优化燃烧室的几何形状和材料选择来提高燃烧效率和推力。
例如,采用喷射内壁冷却技术可以延长燃烧室的使用寿命,并提高推力。
接下来,对于喷嘴的设计,我们可以通过优化喷嘴的形状来改善喷气流动特性,从而提高推力和效率。
例如,采用扩张喷嘴可以提供更好的推力和更高的比冲。
最后,对于涡轮泵的设计,我们可以通过优化涡轮泵的叶片几何形状和结构材料来提高涡轮泵的效率和可靠性。
例如,采用先进的材料和制造技术可以提高涡轮泵的耐久性和工作效率。
除了以上提到的优化设计,我们还可以考虑其他一些因素,如燃料储存容器的重量、火箭结构的稳定性和抗振能力等。
航天器动力系统建模及性能分析
航天器动力系统建模及性能分析航天器动力系统,作为支持航天器正常运行和任务实施的关键部分,对航天器的性能和可靠性有着重要影响。
本篇文章将对航天器动力系统的建模和性能分析进行探讨,并提供一些理论和方法来指导航天器动力系统的设计和优化。
一、航天器动力系统建模航天器动力系统建模是对动力系统进行抽象和描述的过程,目的是为了更好地理解和分析其性能。
航天器动力系统建模的主要步骤如下:1. 确定动力系统的组成部分:航天器动力系统通常由多个组件组成,如发动机、燃料系统、能源转换和传输装置等。
准确确认并细化动力系统的组成部分对于建模具有重要意义。
2. 建立动力系统的理论模型:根据航天器动力系统的实际情况,可以采用物理模型、数学模型或仿真模型等不同建模方法。
其中,物理模型是基于系统的物理原理,通过建立连续的微分方程或差分方程来描述系统的运行;数学模型则是通过数学函数和方程式来描述系统的输入输出关系;而仿真模型则是通过计算机仿真软件来模拟和分析系统的行为。
选择合适的建模方法取决于问题的复杂程度和对精度的要求。
3. 调整和验证模型参数:模型参数的准确性对于性能分析的可靠性至关重要。
根据实测数据和经验知识,对模型参数进行调整和验证,确保建立的模型能够准确地反应动力系统的行为。
二、航天器动力系统性能分析航天器动力系统的性能分析旨在评估其在各种工况下的表现,并找出优化的途径。
下面介绍一些常见的航天器动力系统性能分析方法:1. 可靠性分析:动力系统的可靠性是指在给定时间段内,系统正常运行的概率。
通过分析各个组件的故障率、失效模式和维修时间等参数,可以计算出系统的可靠性。
这将有助于预测系统在实际任务中的工作状态,并提供改进方案。
2. 能量分析:能量分析是对动力系统能量供应和利用的评估。
通过分析能源来源和转换效率,对动力系统的能量利用进行评估和优化。
此外,还可以对能量管理策略进行优化,例如通过最大功率点追踪算法提高能源利用效率。
3. 效率分析:效率是评价动力系统性能的重要指标之一。
火箭与导弹结构动力学分析与优化研究
火箭与导弹结构动力学分析与优化研究火箭与导弹是现代军事中的重要武器,它们的结构动力学分析与优化研究是提高其性能的关键。
本文将围绕这一主题展开讨论。
首先,我们需要了解火箭与导弹的基本结构。
火箭与导弹的主要组成部分包括发动机、燃料、导引系统、控制系统、结构等。
其中,结构是支撑各部件的基础,也是保证火箭与导弹正常运行的重要因素。
在结构动力学分析中,我们需要对火箭与导弹的振动特性进行研究。
这包括自由振动和强迫振动两种情况。
自由振动是指在没有外界干扰的情况下,火箭与导弹会出现的自然振动。
强迫振动则是指在外界干扰下,火箭与导弹会出现的振动。
为了研究火箭与导弹的振动特性,我们需要进行结构模态分析。
结构模态分析是指通过计算机模拟等方法,得到火箭与导弹在不同频率下的振动模态,并进行分析和优化。
通过结构模态分析,我们可以找到影响火箭与导弹振动特性的关键因素,并对其进行优化。
在结构优化方面,我们需要从材料、几何形状、加工工艺等方面入手。
材料方面,我们需要选择轻量化、高强度的材料,以减轻火箭与导弹的重量,并提高其载荷能力。
几何形状方面,我们需要设计出符合气动特性的外形,并尽可能减小空气阻力,以提高飞行效率。
加工工艺方面,则需要采用先进的加工工艺,以保证火箭与导弹的精度和可靠性。
除了结构优化外,火箭与导弹的控制系统也是关键因素之一。
控制系统需要能够准确地控制火箭与导弹的飞行方向和速度,并保证其稳定性和精度。
为此,我们需要采用先进的控制算法和传感器技术,并对控制系统进行精细调试和测试。
总之,火箭与导弹结构动力学分析与优化研究是提高其性能的重要途径。
通过对其振动特性和结构进行分析和优化,可以提高其飞行效率和精度,并保证其可靠性和安全性。
航空航天结构动力学及模态分析研究
航空航天结构动力学及模态分析研究航空航天结构动力学及模态分析是一门研究飞行器结构振动与动力学特性的学科领域。
它对于确保飞行器的结构稳定性、安全性和可靠性至关重要。
本文将探讨航空航天结构动力学及模态分析的研究意义、方法和应用。
首先,航空航天结构动力学及模态分析研究具有重要的应用价值。
飞行器的结构振动特性直接影响到飞行器的性能和寿命。
通过对结构动力学行为的研究,可以得出结构固有频率、振型和模态参数等重要指标,从而优化设计、改进结构、提高飞行器的航空性能。
其次,这项研究的基本方法包括理论分析与数值模拟。
理论分析是使用物理方程和数学模型对结构动力学的特性进行推导和分析。
通过这种方法,研究人员可以获得对不同结构下的振动频率和振型进行预测的能力。
数值模拟则是借助计算机软件和数学方法,对结构进行有限元建模,并使用数值求解器计算结构的固有频率和模态分析结果。
这种方法能够更全面、准确地描述结构的振动行为。
航空航天结构动力学及模态分析的研究还需要考虑的因素包括材料特性、载荷和边界条件等。
材料的力学特性如弹性、刚性和阻尼等将直接影响结构的振动特性。
载荷是指作用在结构上的外部力或承载物的重量,它们也会对结构的模态分析结果产生影响。
边界条件是指结构与周围环境之间的相互作用,例如结构的支承方式等。
这些因素的选取和合理设置对于研究结构动力学的准确性和可靠性非常重要。
航空航天结构动力学及模态分析的研究应用广泛。
首先,在航空领域中,结构动力学研究可以用于飞机的气动设计和飞行载荷分析。
通过预测结构的固有频率和模态分析结果,可以为飞机的设计和改进提供参考依据,并提高飞机的稳定性和性能。
其次,在航天领域中,研究航天器的结构动力学是确保航天器在宇宙环境下的正常运行和飞行安全的关键。
通过对航天器结构的模态分析,可以预测并评估其在大气层进入和离开过程中可能遇到的振动问题,从而确保航天器的稳定性和安全性。
在结尾处再次强调航空航天结构动力学及模态分析的重要性和应用价值。
航空航天工程师的航空结构动力学和振动分析
航空航天工程师的航空结构动力学和振动分析航空航天工程领域一直是人们津津乐道的话题,航空结构动力学和振动分析则是航空航天工程师在工作中需要掌握的重要知识和技能。
本文将从航空结构动力学和振动分析的定义、应用领域、分析方法以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、航空结构动力学和振动分析的定义航空结构动力学和振动分析是研究飞机、宇航器及其部件在飞行或者受外界激励下的力学行为和振动特性的学科。
通过对飞机和宇航器结构的动力学性能和振动特性进行研究,可以评估其工作状况、安全性和使用寿命,为设计和改进航空器的结构提供可靠的理论和实验依据。
二、航空结构动力学和振动分析的应用领域航空结构动力学和振动分析在航空航天工程中具有广泛的应用领域。
首先,它可以用来评估飞机或宇航器在飞行中的结构强度和稳定性。
通过计算和分析,可以确定飞机和宇航器的最大承载能力、结构强度分布及其受力情况,为设计安全可靠的航空器提供依据。
其次,航空结构动力学和振动分析对于预测飞行中的振动和噪声也非常重要。
在航空器设计中,振动和噪声的控制是一个关键问题,通过分析荷载工况下的振动和噪声特性,可以采取相应的措施减少振动和噪声对航空器和机组人员的影响。
此外,航空结构动力学和振动分析还可应用于风洞试验、地面振动试验等领域,为航空器的结构设计提供重要的实验验证手段。
三、航空结构动力学和振动分析的分析方法航空结构动力学和振动分析采用的分析方法是多样的,主要包括理论分析、数值模拟和实验测试。
理论分析是通过建立适当的数学模型和方程,通过解析或半解析的方法,计算得出结构的动力学响应,包括自由振动模态、频率响应和时域响应等。
数值模拟方法则通过计算机仿真技术,建立结构的有限元模型,采用数值求解方法求解结构的动态响应。
实验测试方法则通过精密的测量设备和仪器,对实际飞机或宇航器进行试验,获取结构的动态响应数据,从而验证理论模型和数值模拟结果的准确性。
四、航空结构动力学和振动分析的未来发展方向随着航空航天工程的不断发展和航空器的复杂化,航空结构动力学和振动分析将会面临更多的挑战和需求。
航空航天工程师的航空结构动力学和振动分析
航空航天工程师的航空结构动力学和振动分析航空航天工程是一门高度复杂和多学科交叉的领域,其中航空结构动力学和振动分析是其中一部分重要内容。
本文将针对航空航天工程师在航空结构动力学和振动分析方面的工作进行探讨,介绍相关概念和技术,并讨论其在航空航天领域中的应用。
一、航空结构动力学简介航空结构动力学是研究航空器结构在外部力作用下的响应和振动特性的学科。
它涉及力学、振动学、动力学、材料力学等多学科知识,是航空器设计和性能评估中必不可少的一环。
航空结构动力学的主要任务包括航空器结构强度计算、模态分析和振动控制等。
二、动力学与振动基础知识航空结构动力学的基础是动力学和振动学。
动力学是研究物体受到外力作用下的运动规律的学科,包括牛顿力学和拉格朗日力学等。
振动学是研究物体因受到周期性外力激励而发生的周期性运动的学科。
了解这些基础知识是航空结构动力学和振动分析的前提。
三、航空结构动力学分析方法航空结构动力学的分析方法主要包括有限元方法、有限差分方法和模态分析等。
有限元方法是一种数值计算的方法,将结构分割为有限的小单元,并建立离散的数学模型来近似描述结构的动力学行为。
有限差分方法是一种数值近似方法,将连续的微分方程转化为离散的代数方程以求解。
模态分析是指通过对结构的振动模态进行求解,得到结构的振动特性。
四、航空结构振动分析航空结构的振动分析是航空工程中的基础工作,可以帮助工程师评估结构的可靠性、确定结构的自然频率和振型,并进行模态优化等。
航空结构振动分析的方法包括模态分析、频域分析和时域分析等。
模态分析通过求解结构的振动模态,得到结构的振动频率和振型。
频域分析是将结构的响应和外力在频域上进行分析,用于研究结构的频率响应特性。
时域分析则是以时间为基础,研究结构在不同时间下的响应。
五、航空结构动力学和振动分析在航空航天领域中的应用航空结构动力学和振动分析在航空航天领域中具有广泛的应用。
首先,它可以用于航空器的设计和验证,帮助工程师分析和评估结构的可靠性和安全性。
航空航天工程中的结构动力学分析与优化
航空航天工程中的结构动力学分析与优化在航空航天领域,结构动力学分析与优化是至关重要的环节。
通过对航空航天器结构动力学特性的深入研究,可以提高飞行器的安全性、可靠性和性能。
本文将从分析动力学基本理论、结构动力学分析方法以及结构动力学优化策略等方面,探讨如何在航空航天工程中应用结构动力学分析与优化技术。
一、动力学基本理论动力学是研究物体运动的学科,通过对航空航天器所受力和力的作用下的运动进行分析,可以得到结构的振动特性和响应。
航空航天工程中的动力学分析主要包括力学方程建立、质量-弹性-阻尼特性求解以及动力学模型验证等方面。
通过动力学基本理论的分析和研究,可以为后续的结构动力学分析与优化提供理论指导。
二、结构动力学分析方法在航空航天工程中,结构动力学分析的目的是确定结构在各种外部载荷作用下的响应和振动特性。
根据载荷的不同类型,结构动力学分析方法包括静力学分析、模态分析和响应分析等。
静力学分析主要用于确定结构在静力平衡下的受力状态;模态分析通过计算结构的固有频率和振型来了解结构的自由振动特性;响应分析则是考虑外部载荷的作用,计算结构在载荷作用下的响应情况。
这些分析方法的应用可以全面了解结构的动力学特性,从而为优化设计提供基础。
三、结构动力学优化策略结构动力学优化旨在通过对航空航天器结构参数的调整和改进,实现结构的轻量化、刚度的提高、振动特性的优化等。
结构动力学优化策略主要包括拓扑优化、尺寸优化和材料优化等。
拓扑优化是通过改变结构的布局方式和形状,以满足给定的强度和刚度要求;尺寸优化则是通过调整结构的几何尺寸,实现结构的轻量化和减振等目标;材料优化是通过选用合适的材料,使结构在受力状态下具有良好的动力学性能。
结构动力学优化的策略可以通过数值模拟和优化算法来实现。
结构动力学分析与优化在航空航天工程中的应用可以显著提高飞行器的性能和可靠性。
通过深入研究动力学基本理论,选择合适的结构动力学分析方法,应用合适的优化策略,可以为航空航天器的设计与制造提供科学的依据。
火箭的动力学
火箭的动力学一、什么是火箭的动力学是研究火箭推进系统的力学原理和运动规律的学科。
它涉及到了天体力学、流体力学、燃烧学等多个学科的知识。
火箭作为一种重要的航天工具,其动力学的研究对于航天技术的发展和推广具有重要意义。
二、火箭的基本原理火箭的基本原理是利用排气作为动力的推进系统。
它通过燃烧推进剂,产生巨大的排气速度,通过排出燃气,实现向相反方向的推进。
根据牛顿第三定律,火箭产生的推力等于推出的物质的质量流量乘以喷出速度。
推力是火箭动力学中最基本的参数,它决定了火箭的加速能力。
三、火箭的推进系统火箭的推进系统由燃料系统和氧化剂系统组成。
燃料系统负责燃烧剂的供应,而氧化剂系统负责提供氧化剂。
燃烧剂和氧化剂的相互反应会产生高温和高压的气体,从而推动火箭向前运动。
常见的火箭推进剂有液体燃料、固体燃料和混合式燃料等。
四、火箭的动力学模型为了研究火箭的运行特性,人们建立了火箭的动力学模型。
火箭的动力学模型可以分为两大部分:质量动力学和力学动力学。
质量动力学主要研究火箭的质量和质心随时间的变化,而力学动力学则研究火箭受到的各种外力和内力所产生的加速度和速度变化。
这些动力学模型可以通过数学建模和仿真来进行研究。
五、火箭的飞行轨迹火箭的飞行轨迹受到多种因素的影响,包括大气密度、地球引力、空气阻力等。
火箭的飞行轨迹通常可以分为起飞阶段、加速阶段、稳定阶段和终止阶段。
在起飞阶段,火箭需要克服地球引力和空气阻力的影响,从静止状态逐渐加速到一定速度。
加速阶段是火箭飞行速度不断增加的过程,稳定阶段则是火箭进入预定轨道并保持稳定飞行的阶段。
最终,火箭进入终止阶段,完成任务并返回地面。
六、火箭的应用火箭作为一种重要的航天工具,广泛应用于卫星发射、载人航天、探测任务等领域。
火箭的动力学研究对于提高火箭的性能、减少成本、提高可靠性具有重要意义。
同时,火箭的动力学也为航天技术的发展提供了理论基础。
七、火箭的发展趋势随着科技的不断进步,火箭的动力学也在不断发展。
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Aerospace Engineering
Dynamical Modeling and Research of Vibration Load for Rocket Sled System
December, 2013
承诺书
本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注 和致谢的地方外, 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果, 也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索, 可以采用影印、 缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
本论文的研究工作得到国家自然科学基金项目(编号 11172131、11232007)的资助。 本论文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。
I
火箭系统动力学建模和振动载荷研究
Abstract
In rocket sled test equipment design, the rapid establishment of rocket sled, accurate analysis of its dynamic characteristics and correct calculation of the vibration load can reduce the development cycle and lower the cost of the system, decreasing the development risk. This thesis developed a simplified dynamic modeling method for rocket sled system. The biggest advantage of the method is that without any specific rocket sled model structure, we can analyze the dynamic characteristics of the system and calculate the rocket sled vibration loads in the basis of just some of the model parameters. Combined with previous studies and project needs, a simplified rocket sled system dynamics model was proposed after the research status of rocket sled dynamics modeling at home and abroad was introduced firstly in this thesis. Then a simplified rocket sled system modeling method was introduced, including the establishment of a simplified dynamic model for different sled structures and calculation for external excitations. For the difficult calculation of track incentive in the modeling process, an approach to calculate the track incentive using random load identification technology was proposed in this paper. Theory of random load identification was studied, and simulation of single-input single-output system was acomplished by using two degrees of freedom system which is similar to the sled model. Finally, for a special rocket sled system in a rocket sled test, we established its simplified dynamic model andcalculated its vibration load. The results were compared with that of the conventional finite element method, verifying that the simplified modeling method of rocket sled system proposed in this paper is feasible. We identified the track incentive through the vibration response calculated by using random load identification method, and compared it with the actual track incentive, confirming the feasibility and reliability of usting random load identification to calculate track incentive. Key Words: Rocket sled system, Simplified modeling, Vibration loads, Tracks incentive, Load identification
II
南京航空航天大学硕士学位论文
目
录
第一章 绪论 ..........................................................................................................................................1 1.1 选题背景和意义.......................................................................................................................1 1.2 国内外研究概况.......................................................................................................................2 1.2.1 车轨系统的建模研究概况 ............................................................................................2 1.2.2 火箭撬系统动力学研究概况 ........................................................................................3 1.2.3 火箭撬气动力研究概况 ................................................................................................4 1.3 本文主要研究内容...................................................................................................................4 第二章 火箭撬系统动力学建模...........................................................................................................6 2.1 火箭撬系统动力学建模方法概述 ..........................................................................................6 2.1.1 火箭撬动力学系统描述 ...............................................................................................6 2.1.2 火箭撬车主体动力建模方法概述 ...............................................................................6 2.1.3 火箭撬车所受外激励计算方法概述 ...........................................................................7 2.2 火箭撬车主体建模方法..........................................................................................................8 2.2.1 坐标系定义和自由度选择 ............................................................................................8 2.2.2 火箭撬车主体结构分析 ................................................................................................9 2.2.3 火箭撬车上、下层结构简化为刚体 ..........................................................................10 2.2.4 减震器和滑靴简化方法 .............................................................................................. 11 2.2.5 火箭撬车主体刚体动力学模型建模方法 ..................................................................13 2.3 撬车所受外激励计算方法.....................................................................................................16 2.3.1 撬车所受气动力计算方法 ..........................................................................................16 2.3.2 火箭发动机推力计算方法 ..........................................................................................18 2.3.3 铁轨激励计算方法......................................................................................................18 2.4 本章小结 ................................................................................................................................24 第三章 铁轨激励随机载荷识别方法研究 .........................................................................................26 3.1 随机过程和随机载荷识别理论 .............................................................................................26 3.1.1 随机振动基础..............................................................................................................26 3.1.2 随机载荷识别..............................................................................................................27 3.2 二自由度系统仿真算例.........................................................................................................31 3.2.1 模型频响函数推导......................................................................................................31 3.2.2 随机载荷识别计算及计算结果 ..................................................................................34 3.2.3 结论 ............................................................................................................................37 3.3 本章小结 ................................................................................................................................37 第四章 火箭撬振动载荷计算.............................................................................................................38 4.1 火箭撬系统动力学模型建立 .................................................................................................38