一种气动分离速度设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种气动分离速度设计方法，包括步骤：S1、确定系统的初始状态；S2、选取时间步长Δt，根据初始化时刻t气动元件内气体状态，通过Δt时间输入的气体质量确定t+Δt时刻气动元件内气体状态；S3、根据t+Δt时刻气动元件内的气体压力对气动元件的推动力、加速度计算有效载荷的活动距离；S4、判断气动元件t+Δt时刻活动距离是否等于其有效活动距离，若等于则系统最终分离速度为t+Δt时刻有效载荷速度；若不等于则重复步骤S3-S4，根据时间步长Δt迭代计算直至找出满足条件的时刻；S5、调整系统初始状态中的可设计参数，重复步骤S2-S4，直到最终设计速度满足要求。实施本发明计算方便结果准确，可解决现有技术中反复多次试验，经济时间成本高的技术问题。
【专利说明】一种气动分离速度设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于气动弹射分离分析方法【技术领域】，更具体地，涉及一种气动分离速度设计方法。
【背景技术】
[0002]气动分离是采用高压气瓶、气体发生器等气源对气缸、气囊等气动元件进行充气，使气动元件内气体与外界环境之间形成压差，进而推动物体发生相对运动，达到分离目的。气动分离在汽车、航天、航海、玩具等领域都有广泛的应用。
[0003]在航空航天领域，结构的分离速度控制要求非常严格，采用气动分离的系统设计中，分离速度的精确控制是气动分离的一个重要设计内容，而气动分离速度与气源的压力、气源的温度、气动元件的尺寸、被分离结构质量等多种因素相关，在以往的设计中通常是经过多轮试验进行调整，经济时间成本都较高，难以做到对速度的精确控制。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种气动分离速度设计方法，计算方便结果准确，可解决现有技术中反复多次试验，经济时间成本高的技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种气动分离速度设计方法，所述方法包括以下步骤:
[0006]S1、确定系统的初始状态,包括气源输出气体的压力P。、气源输出气体的温度T。、气动元件的气体有效作用面积Atl、气动元件内部初始容积Vtl、气动元件的进气口径R、有效载荷的质量Mc1、气动元件的有效活动距离L和气动元件的数量N,所述系统的气动分离过程为绝热过程，即气体与外界无热量交换，气源输出的气体压力Ptl和温度Ttl恒定，系统初始化时忽略激波的影响；
[0007]S2、选取时间步长At，根据初始化时刻t气动元件内气体状态，通过At时间内气源向气动元件内输入的气体质量确定t+At时刻气动元件内气体状态，所述气体状态为气体的温度、压力、质量和容积；
[0008]S3、根据所述t+At时刻气动元件内的气体压力对气动元件的推动力、加速度计算有效载荷的t+At时刻的速度及活动距离；
[0009]S4、判断所述气动元件t+Δ t时刻活动距离是否等于气动元件的有效活动距离，若等于则t+At时刻为运动结束时刻，则系统最终分离速度即为运动结束时刻有效载荷的速度；若不等于则重复执行步骤S3-S4，根据时间步长At继续迭代计算直至找出运动结束时刻；
[0010]S5、判断所述运动结束时刻对应的系统最终分离速度是否满足设计要求，若不满足则调整系统可设计参数，重复步骤S2-S4，直到得到的系统最终分离速度满足设计要求。
[0011]作为进一步优选地，所述步骤S2中，气动元件内气体容积随着有效载荷运动而变化，t+At时刻气体的容积V(t+At) = A0XS(t+At)+V0, S是有效载荷移动距离；t+ Δ t时刻气动元件内的气体质量m(t+ At) = m(t) +5470.8 X Δ t X P0 X R2 X u (t) /Ttl, u是气体由气动元件入口进入气动元件的流动速度，当PjA3ci > 0.528时，
【权利要求】
1.一种气动分离速度设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 51、确定系统的初始状态，包括气源输出气体的压力Ptl、气源输出气体的温度Ttl、气动元件的气体有效作用面积Atl、气动元件内部初始容积Vtl、气动元件的进气口径R、有效载荷的质量Mc1、气动元件的有效活动距离L和气动元件的数量N,所述系统的气动分离过程为绝热过程，即气体与外界无热量交换，气源输出的气体压力Ptl和温度Ttl恒定，系统初始化时忽略激波的影响； 52、选取时间步长At，根据初始化时刻t气动元件内气体状态，通过At时间内气源向气动元件内输入的气体质量确定t+Δ?时刻气动元件内气体状态,所述气体状态为气体的温度、压力、质量和容积； 53、根据所述t+△ t时刻气动元件内的气体压力对气动元件的推动力、加速度计算有效载荷的t+At时刻的速度及活动距离； 54、判断所述气动元件t+Δt时刻活动距离是否等于气动元件的有效活动距离,若等于则t+At时刻为运动结束时刻，则系统最终分离速度即为运动结束时刻有效载荷的速度；若不等于则重复执行步骤S3-S4，根据时间步长At继续迭代计算直至找出运动结束时刻； 55、判断所述运动结束时刻对应的系统最终分离速度是否满足设计要求，若不满足则调整系统可设计参数，重复步骤S2-S4，直到得到的系统最终分离速度满足设计要求。
2.如权利要求1所述的气动分离速度设计方法，其特征在于，所述步骤S2中，气动元件内气体容积随着有效载荷运动而变化，t+At时刻气体的容积V(t+At)=A0XS(t+A t)+V0, S是有效载荷移动距离；t+At时刻气动元件内的气体质量m(t+At)=m(t)+5470.8X Λ t XPtlXR2Xu (t)/TQ，u是气体由气动元件入口进入气动元件的流动
速度，当 Pj/P。> 0.528 时
3.如权利要求2所述的气动分离速度设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，t+△ t时刻有效载荷的加速度a (t+At) = 0.9X (P (t+At)-Pw) XA0/M0, Pw是外界大气压力；t+At时刻有效载荷的移动速度V (t+At) =a(t) X At+V (t) ;t+At时刻有效载荷的移动距离S (t+ At) = V (t) X Δ t+S (t)。
4.如权利要求1所述的气动分离速度设计方法，其特征在于，所述步骤S5中，可供调整的设计参数为气源的压力、气源压力的上升时间、气源的温度、气动元件的进气口径、有效载荷的质量、气动元件的有效活动距离、气动元件的初始容积和气动元件的数量。
5.如权利要求1所述的气动分离速度设计方法，其特征在于，所述气源为高压气源，包括高压气瓶和气体发生器；气动元件为气缸或气囊，若气动元件为气缸，则其气体有效作用面积为单级气缸的截面积或多级气缸每级的截面积；若气动元件为气囊，则其气体有效作用面尺寸为气囊的面积或气囊对载荷的作用面积。
【文档编号】G06F17/50GK103984816SQ201410199552
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】桑希军, 洪珅, 程雅俐, 陈伟 申请人:湖北航天技术研究院总体设计所