非均布转动惯量等效离散方法与流程

1.本发明涉及结构动力学技术领域，尤其涉及一种非均布转动惯量等效离散方法。


背景技术：

2.随着计算机科学和结构动力学的发展，动力学建模仿真已成为研究飞行器动载荷、动强度、动响应等问题的主要手段。
3.飞行器通常由舱段结构、设备、发动机等部分构成，转动惯量是对这些部分进行结构动力学建模的基本要素。由于飞行器结构复杂，转动惯量分布不规则，故不存在描述其转动惯量分布的简单函数，而现有的方法较为复杂，且效率和精度较低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种非均布转动惯量等效离散方法，能够解决现有技术中的问题。
5.本发明的技术解决方案：一种非均布转动惯量等效离散方法，其中，该方法包括：
6.获取飞行器结构的第一相关参数和机上设备的第二相关参数，所述第一相关参数包括飞行器结构的质量、质心和转动惯量，所述第二相关参数包括机上设备的质量、质心和转动惯量；
7.将x轴方向上质心相同的机上设备的转动惯量相加，所述x轴方向为飞行器结构的轴向；
8.将转动惯量缺失或为零的机上设备的转动惯量确定为预定值；
9.确定离散分段数n；
10.获取待离散部分的编号、质量、质心和转动惯量；
11.根据所述离散分段数n确定待离散部分的离散区间的占位坐标x1,x2...xn，所述占位坐标为离散区间的边界坐标；
12.对待离散部分进行质量离散，得到离散后各占位的质量；
13.对待离散部分进行转动惯量离散，得到离散后各占位的转动惯量；
14.将离散后各占位的转动惯量与未离散部分的转动惯量进行叠加，将离散后同一占位处的质量进行叠加；
15.输出叠加后的转动惯量和叠加后的质量。
16.优选地，根据所述离散分段数n确定待离散部分的离散区间的占位坐标x1,x2...xn包括：
17.根据所述离散分段数n等距离确定待离散部分的离散区间的占位坐标x1,x2...xn。
18.优选地，通过下式对待离散部分进行质量离散，得到离散后各占位的质量：
[0019][0020]
其中，n1为离散区间内占位坐标x小于质心坐标x的占位数，n2为离散区间内占位坐标x大于或等于质心坐标x的占位数，m1为离散区间内占位坐标x小于质心坐标x的每一个占位的质量，m2为离散区间内占位坐标x大于或等于质心坐标x的每一个占位的质量，m为待离散部分的质量。
[0021]
优选地，对待离散部分进行转动惯量离散，得到离散后各占位的转动惯量包括：
[0022]
对待离散部分进行绕x轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕x轴的转动惯量；
[0023]
对待离散部分进行绕y轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕y轴的转动惯量；
[0024]
对待离散部分进行绕z轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕z轴的转动惯量。
[0025]
优选地，对待离散部分进行绕x轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕x轴的转动惯量包括：
[0026]
按照均匀分配法对待离散部分进行绕x轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕x轴的转动惯量。
[0027]
优选地，通过下式对待离散部分进行绕y轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕y轴的转动惯量：
[0028][0029]
其中，i
yy1
为离散区间内占位坐标x小于质心坐标x的占位的绕y轴的转动惯量，i
yy2
为离散区间内占位坐标x大于或等于质心坐标x的占位的绕y轴的转动惯量。
[0030]
优选地，所述预定值为1e-8
×
飞行器结构的总转动惯量。
[0031]
通过上述技术方案，通过对转动惯量直接等效离散，可以确保转动惯量离散前后守恒，解决了传统结构动力学建模中需要对转动惯量进行反复调整的问题。由此，可以高效准确地完成飞行器的转动惯量等效离散，保证了飞行器的动力学建模与分析的效率和精度。
附图说明
[0032]
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]
图1为本发明实施例提供的一种非均布转动惯量等效离散方法的流程图；
[0034]
图2a-2c为本发明实施例中飞行器三方向转动惯量离散前后分布图。
具体实施方式
[0035]
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
[0036]
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0037]
图1为本发明实施例提供的一种非均布转动惯量等效离散方法的流程图。
[0038]
如图1所示，本发明实施例提供了一种非均布转动惯量等效离散方法，其中，该方法包括：
[0039]
获取飞行器结构的第一相关参数和机上设备的第二相关参数，所述第一相关参数包括飞行器结构的质量、质心和转动惯量，所述第二相关参数包括机上设备的质量、质心和转动惯量；
[0040]
也就是，输入相关数据。
[0041]
将x轴方向上质心相同的机上设备的转动惯量相加，所述x轴方向为飞行器结构的轴向；
[0042]
举例来讲，x轴方向上质心相同的机上设备为飞行器质心坐标x相同的左右尾翼、上下分布的电池等。以质心相同的两个电池为例，将两个电池的转动惯量求和，作为一个部件参与计算。
[0043]
将转动惯量缺失或为零的机上设备的转动惯量确定为预定值；
[0044]
由此，可以在不影响整体流程的情况下，减小对精度的影响。
[0045]
其中，上述两步为数据前处理。
[0046]
确定离散分段数n；
[0047]
也就是，进行离散参数设置，确定每个待离散部分(飞行器结构、机上设备)转动惯量需要离散的分段数n。举例来讲，分段数n可以为8。
[0048]
获取待离散部分的编号、质量、质心和转动惯量；
[0049]
举例来讲，待离散部分可以包括飞行器的舱段(例如，舱段1-7)、机上大型设备(如发动机)。
[0050]
其中，编号用于区分各个待离散部分。
[0051]
根据所述离散分段数n确定待离散部分的离散区间的占位坐标x1,x2...xn，所述占位坐标为离散区间的边界坐标；
[0052]
也就是，进行占位确定。其中，离散部分x轴方向的起始点和终点坐标为[x1,x2]，以该坐标区间作为离散区间。
[0053]
对待离散部分进行质量离散，得到离散后各占位的质量；
[0054]
对待离散部分进行转动惯量离散，得到离散后各占位的转动惯量；
[0055]
将离散后各占位的转动惯量与未离散部分的转动惯量进行叠加，将离散后同一占位处的质量进行叠加；
[0056]
也就是，对质量和转动惯量进行组合。
[0057]
输出叠加后的转动惯量和叠加后的质量(结果输出)。
[0058]
其中，离散前后飞行器的转动惯量对比(即，原始转动惯量与离散转动惯量对比)如图2所示。在图2中，以弹体舱段分布为例示出了离散前后飞行器的转动惯量(包括x转动惯量、y转动惯量和z转动惯量)。
[0059]
通过上述技术方案，通过对转动惯量直接等效离散，可以确保转动惯量离散前后守恒，解决了传统结构动力学建模中需要对转动惯量进行反复调整的问题。由此，可以高效准确地完成飞行器的转动惯量等效离散，保证了飞行器的动力学建模与分析的效率和精度。
[0060]
根据本发明一种实施例，根据所述离散分段数n确定待离散部分的离散区间的占位坐标x1,x2...xn包括：
[0061]
根据所述离散分段数n等距离确定待离散部分的离散区间的占位坐标x1,x2...xn。
[0062]
根据本发明一种实施例，通过下式对待离散部分进行质量离散，得到离散后各占位的质量：
[0063][0064]
其中，n1为离散区间内占位坐标x小于质心坐标(待离散部分的质心坐标)x的占位数，n2为离散区间内占位坐标x大于或等于质心坐标x的占位数，m1为离散区间内占位坐标x小于质心坐标x的每一个占位的质量，m2为离散区间内占位坐标x大于或等于质心坐标x的每一个占位的质量，m为待离散部分的质量(即，待离散部分在离散前的总质量)。
[0065]
根据本发明一种实施例，对待离散部分进行转动惯量离散，得到离散后各占位的转动惯量包括：
[0066]
对待离散部分进行绕x轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕x轴的转动惯量；
[0067]
对待离散部分进行绕y轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕y轴的转动惯量；
[0068]
对待离散部分进行绕z轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕z轴的转动惯量。
[0069]
根据本发明一种实施例，对待离散部分进行绕x轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕x轴的转动惯量包括：
[0070]
按照均匀分配法对待离散部分进行绕x轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕x轴的转动惯量。
[0071]
举例来讲，离散后各占位绕x轴的转动惯量可以表示为其中，i
xx
为待离散部分在离散前的总转动惯量。
[0072]
根据本发明一种实施例，通过下式对待离散部分进行绕y轴的转动惯量离散，得到离散后各占位绕y轴的转动惯量：
[0073]
[0074]
其中，i
yy1
为离散区间内占位坐标x小于质心坐标x的占位的绕y轴的转动惯量，i
yy2
为离散区间内占位坐标x大于或等于质心坐标x的占位的绕y轴的转动惯量。
[0075]
在本发明中，对待离散部分进行绕z轴的转动惯量离散方法与对待离散部分进行绕y轴的转动惯量离散方法相同，将i
yy1
、i
yy2
、i
yy
分别替换为i
zz1
、i
zz2
、i
zz
即可得到绕z轴的转动惯量离散结果，在此不再赘述。
[0076]
通过上述的转动惯量离散步骤，可以得到所有待离散部分的转动惯量离散结果。
[0077]
根据本发明一种实施例，所述预定值为1e-8
×
飞行器结构的总转动惯量。
[0078]
从上述实施例可以看出，本发明不仅可用于飞行器舱段结构的转动惯量离散，也可对飞行器的各类设备，如发动机、燃气舵等进行转动惯量的离散。并且，本发明适应性强，不仅对转动惯量沿轴向均匀分布的结构或部件应用效果良好，也能够兼顾转动惯量沿飞行器轴向分布不规则的结构和部件。
[0079]
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
[0080]
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
[0081]
本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、dvd、flash存储器等。
[0082]
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
[0083]
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。