[發明專利]受偏置力的剛性橢圓柱螺旋管路的剛度計算及校核方法

有效

• 申請號: 202110491714.7
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113094820B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 孫志成;宋曉東;張歡
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明是一種受偏置力的剛性橢圓柱螺旋管路的剛度計算及校核方法，屬于航空航天技術領域。本發明將在軌對接加注機構的金屬硬質加注管路繞制成橢圓柱螺旋構型，大大減小了對接過程中管路伸縮對驅動源帶來的附加阻力。本發明形成了一種計算橢圓空心管路剛度以及校核橢圓空心管路應力的方法，可作為在軌對接加注機構加注管路的設計依據，以保證對接過程受到加注管路阻力的影響最小且管路自身不斷裂。

技術領域

本發明是一種受偏置力的剛性橢圓柱螺旋管路的剛度計算及校核方法，屬于航空航天技術領域。

背景技術

隨著航天技術的發展，在軌對接加注技術已經成為主流研究內容之一，該技術涉及對接與加注兩個方面。在軌加注的過程為先對接再加注，對接過程中尾部的加注管路也會同步進行伸縮，考慮到加注燃料的高壓性和燃料-管路的相容性，管路基本全都采用鈦合金材料的剛性管路，而剛性管路在伸縮過程中必然會給對接機構帶來附加阻力，該附加力往往不是可忽略的小量。而針對直線伸縮運動，把管路盤成螺旋彈簧形狀可以最大程度地降低附加阻力。同時，由于管路的布局空間可能為非規則空間，橢圓柱螺旋管路的軸向剛度在一定情況下會優于圓柱螺旋管路，而管路連接點的偏置可以使管路包絡變大從而進一步減小剛度。但是針對該橢圓管路，現有的方法只能根據有限元仿真計算剛度，并沒有一套完備的理論方法。因此，需要設計一種通用的剛性橢圓柱螺旋管路的剛度計算及校核方法，可以根據給定的幾何參數及材料參數計算管路剛度并校核，為在軌對接加注機構的加注管路設計提供理論基礎。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對在軌對接加注機構的剛性加注管路，提出一種受偏置力的剛性橢圓柱螺旋管路的剛度計算及校核方法，以此來計算加注管路剛度并校核應力，保證對接過程受到加注管路阻力的影響最小且自身不斷裂。

本發明的技術方案是：所述的“受偏置力的剛性橢圓柱螺旋管路剛度計算及校核方法”，其方法步驟如下：

步驟一、計算橢圓空心管路剛度；

步驟二、校核橢圓空心管路應力；

本發明的“受力偏置的橢圓柱螺旋管路剛度計算及應力校核方法”，所述步驟一具體為：

1、根據橢圓柱螺旋管路模型，即式(1)，并通過圖(4)、(5)找出橢圓圓心O與橢圓上任意截面Q的幾何關系，即L₂和α₂；

橢圓方程：

其中，a為橢圓包絡長半軸，b為橢圓包絡短半軸，為橢圓包絡參數方程參數；

對橢圓方程(1)求導，得到橢圓上任意截面Q的切線斜率k₁：

即橢圓上任意截面Q切線的垂線斜率k₂：

橢圓圓心O與橢圓上任意截面Q連線的斜率k₃：

由式(1)～(4)得，橢圓上任意截面Q切線的垂線ON₂和橢圓圓心與橢圓上任意截面Q的連線OQ的夾角∠N₂OQ(α₂)：

α₂＝arctan(k₂)-arctan(k₃) (5)

橢圓圓心O與橢圓上任意截面Q的距離L₂：

2、通過步驟一1得到的幾何關系，得到橢圓上任意截面Q在橢圓圓心O處力F作用下所受的剪切力、扭矩、彎矩；