基于星箭载荷耦合分析结果的运载器瞬态响应预示方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及运载器设计技术领域，尤其涉及一种基于运载器/火箭界面耦合分析时域加速度数据，通过瞬态响应方法对运载器/有效载荷界面以及运载器内部结点加速度响应进行预示计算的运载器瞬态响应预示方法。
【背景技术】
[0002]在运载器的研制过程中，需要预先对实际飞行过程中运载器/有效载荷界面以及运载器内部节点加速度响应进行预示计算，以便根据预示计算结果进行单机力学环境试验条件的制定等工作。目前，运载器/有效载荷界面以及运载器内部节点加速度响应等的预示计算主要通过星箭载荷耦合分析过程进行，星箭载荷耦合分析结果中包含了运载器/有效载荷界面数据以及运载器内部结点加速度响应数据等。另外，也可以采用频率响应方法对运载器/有效载荷界面以及运载器内部节点加速度响应进行预示计算，但是这两种方法均不能很好的满足运载器研制过程的需要，原因如下:
[0003]根据在星箭载荷耦合分析方法过程中获得的运载器/有效载荷界面以及运载器内部节点加速度响应数据制定的力学环境试验条件能够很好的反应飞行工况特点，但是由于以下原因存在无法满足运载器研制过程中需要多次进行预示计算的问题:由于运载火箭发动机启动关机所产生的低频瞬态振动环境在运载器力学环境中占有重要比重，开展动态载荷耦合分析需要将运载火箭和运载器组合在一起进行，即，如图1所示，星箭载荷耦合分析模型需集成有效载荷、运载器、火箭三方动特性分析模型，由于有效载荷、运载器和火箭各方研制进度和动特性模型实时性难以匹配协调，使得载荷耦合分析工作存在迭代反复工作量大、周期长、接口不稳定等困难，进而使得通过星箭载荷耦合分析在整个运载器的研制阶段内只能开展有限的次数，而另一方面，在运载器研制过程中会对运载器提出多次局部改动，例如，在一些部位增加新的单机，或者改变单机的安装位置，每次改进都需要进行预示计算，从而对运载器结构的局部改动效果进行预示，因此，采用星箭载荷耦合分析方法对运载器瞬态响应进行预示计算的方法难以满足运载器的研制过程中的需求；
[0004]采用频率响应方法进行运载器/有效载荷界面以及运载器内部节点响应计算，存在边界阻抗与实际飞行工况差别较大的问题，表现为频率响应峰值计算结果较高，导致据此制定的单机低频振动试验(单机力学环境试验的一种)条件较为严酷，这将使单机为满足环境适应性增重较多，从而影响运载器的运载能力，若利用此数据制定单机试验条件会导致单机考核过严，甚至出现无法满足力学环境适应性要求的可能。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题是现有的运载器/有效载荷界面以及运载器内部节点响应预示计算方法要么不能适应运载器研制过程中需要进行多次预示计算要求要么根据计算结果制定的力学环境试验条件不能很好的反应飞行工况的问题，进而提供一种既能够方便地进行多次预示计算又能使根据计算结果制定的力学环境试验条件很好的反应飞行工况的基于星箭载荷耦合分析结果的运载器瞬态响应预示方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
[0007]本发明的基于星箭载荷耦合分析结果的运载器瞬态响应预示方法，包括以下步骤:
[0008]SOl:获取星箭载荷耦合分析过程中得到的运载器/火箭界面时域加速度数据，在一定研制阶段内将其作为运载器和火箭之间的约定边界；
[0009]S02:将根据研制进展或需要调整后的运载器物理模型与有效载荷物理或数学模型对接形成组合体物理模型，所述有效载荷物理或数学模型采用步骤SOl中星箭载荷耦合分析中使用的有效载荷物理或数学模型；
[0010]S03:将步骤SOl中得到的运载器/火箭界面时域加速度数据以强迫加速度的方式加载到所述组合体物理模型中的运载器/火箭对接点上；
[0011]S04:对加载运载器/火箭界面加速度时间历程的所述组合体物理模型进行瞬态响应分析计算得到所需要的运载器/有效载荷界面以及运载器内部节点响应数据；
[0012]S05:当运载器模型再次调整后，则返回重复步骤S02至S04。
[0013]优选地，步骤S04中采用模态法进行瞬态响应分析，利用结构振型将运动方程进行简化及解耦，将各个模态响应叠加得到瞬态响应结果。
[0014]优选地，在步骤SOl之前还包括进行星箭载荷耦合分析的步骤。
[0015]优选地，步骤SOl中获得的运载器/火箭界面时域加速度数据为运载器/火箭界面六个自由度时域加速度数据。
[0016]优选地，所述运载器/有效载荷界面以及运载器内部节点响应数据包括运载器内部各指定位置的线/角加速度、速度、位移及两组单元间的界面力与界面力矩。
[0017]优选地，在步骤S04和步骤S05之间还包括通过响应谱变化将时域结果变换成频谱分布的步骤。
[0018]本发明的有益效果如下:
[0019]本发明的基于星箭载荷耦合分析结果的运载器瞬态响应预示方法，基于火箭的数学模型、外力函数比较成熟，有效载荷模型动力学特性受接口控制文件约束，在运载器一定研制阶段内不会发生较大变化，因此可将从一次星箭载荷耦合分析中获取的运载器/火箭界面典型工况时域加速度数据，在一定研制阶段内固化作为双方的约定接口，不仅避免频率响应分析方法进行响应预示存在的边界阻抗与实际飞行工况差别较大的问题，而且使得本发明的方法计算次数不受全箭载荷耦合分析次数限制，从而可以对运载器结构的局部改动效果进行预示和评价，节省了研制周期和管理成本，有效指导运载器力学环境预示及力学环境条件制定工作。
【附图说明】
[0020]图1为现有技术中的星箭载荷耦合分析方法流程示意图；
[0021]图2为本发明的基于星箭载荷耦合分析结果的运载器瞬态响应预示方法的流程图；
[0022]图3为采用本发明的方法和星箭载荷耦合分析得到的有效载荷界面数据的比较。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。
[0024]参见附图2，本发明的基于星箭载荷耦合分析结果的运载器瞬态响应预示方法，包括以下步骤:
[0025]SOl:获取星箭载荷耦合分析过程中得到的运载器/火箭界面时域加速度数据，即加速度时间历程，在一定研制阶段内将其作为运载器和火箭之间的约定边