CN105890466A - 一种适用于回转体箭体结构的组合配平方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于回转体箭体结构的组合配平方法，首先以任一箭体截面的圆心为坐标原点，箭体截面上任意两垂直直径为y、z轴，建立yoz坐标系，然后获取箭体质心在坐标系中的横移坐标，当横移坐标对应对接孔具备安装条件时，计算得到单一配平块质量，当横移坐标对应对接孔不具备安装条件时，计算得到分布的配平块质量，最后将配平砝码进行组合得到对应质量及数量的配平块，并利用紧固件紧固，完成质心配平。本发明配平方法通过利用回转体箭体环形框上的一个或者多个对接孔安装紧固配平块，克服了现有技术需要在箭体结构上额外开孔或者预留安装孔的缺陷，保证了箭体的产品质量，具有较好的配平效率和适应性。

Description

一种适用于回转体箭体结构的组合配平方法

技术领域

本发明涉及一种质心横移技术，特别是一种适用于回转体箭体结构的组合配平方法。

背景技术

质心横移作为一项系统偏差，对于火箭的姿态控制影响较大，较大的质心偏移将产生严重的干扰力矩，不仅影响姿控系统的控制能力，还影响控制品质、姿控用推进剂耗量、姿控发动机工作时间、开关次数。现有技术通过在箭体结构质心横移位置相反的方向安装配平块，消除或减小火箭整体质心横移量。

但是通常在火箭起飞前即质心横移坐标确定后，配平块安装位置才能最终确定，风险在于配平块结构无法完全适应箭体结构，存在干涉可能，同时箭体结构上须为配平块安装预留安装孔，以提升配平结构对于箭体的适应性，另外该方法还需要在控制发射前配平块安装不协调的风险，适用性及通用性不高，因此需要一种适用于回转体箭体结构的组合配平方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种通过利用回转体箭体环形框上的一个或多个对接孔安装紧固配平块，克服了现有技术需要在箭体结构上额外开孔或者预留安装孔的缺陷的适用于回转体箭体结构的组合配平方法。

本发明的技术解决方案是：一种适用于回转体箭体结构的组合配平方法，包括如下步骤：

(1)以回转体箭体上任意一个环形框所在箭体截面的圆心为坐标原点，以当前环形框所在箭体截面上任意两个垂直直径指向为y轴指向、z轴指向，建立yoz坐标系；

(2)获取回转体箭体质心在yoz坐标系中的横移坐标，并记为A(y₀,z₀)；

(3)如果横移坐标A(y₀,z₀)关于坐标原点O的对称象限内环形框上位于OA延长线上的对接孔具备安装条件，则将该对接孔作为配平块安装点B，并计算得到配平块质量m_P为

$m_P=\frac{2\sqrt{y_0^2+z_0^2}\·M}{D}$

其中，M为回转体箭体的质量，D为以坐标原点O为圆心、以坐标原点O到配平块质心距离为半径所在圆的直径；

将配平砝码进行组合得到质量为m_P的配平块，然后利用紧固件将配平块紧固在当前环形框上，完成质心配平；

(4)如果横移坐标A(y₀,z₀)关于坐标原点O的对称象限内环形框上位于OA延长线上的对接孔不具备安装条件，则在该对接孔两侧任意选取两个对阵的且均具备安装条件的对接孔，并记为点B1、点B2，并计算得到配平块质量m_P0为

$m_{P0}=\frac{\sqrt{y_0^2+z_0^2}\·M}{{\mathrm{Dcos\θ}}^{\′}}$

其中，θ’为B1或B2与坐标原点O连线与OA的夹角；

将配平砝码进行组合得到两个质量为m_P0的配平块，然后利用紧固件分别将配平块紧固在点B1、点B2，完成质心配平。

还包括配平块支架，配平砝码通过配平块支架组合得到配平块。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明配平方法通过利用回转体箭体环形框上的对接孔安装紧固配平块，克服了现有技术需要在箭体结构上额外开孔或者预留安装孔的缺陷，保证了箭体的产品质量，具有较好的配平效率；

(2)本发明配平方法通过利用回转体箭体环形框上的对接孔分布安装紧固配平快，克服了现有技术在箭体结构安装点不具备安装条件时不适用的缺陷，降低了配平块干涉的可能性，具有更好的通用性跟适应性；

(3)本发明配平方法中配平块计算方法简单，工程量小，与现有技术相比，在降低发射前配平块安装不协调风险的同时，能够更好的适用于各项发射任务，具有较好的经济适用效益。

附图说明

图1为本发明一种适用于回转体箭体结构的组合配平方法中配平块结构图；

图2为本发明方法中集中式配平块质心配平方法示意图；

图3为本发明方法中分布式配平块质心配平方法示意图；

其中，1为紧固件组，2为第一配平砝码，3为第二配平砝码，4为配平块支架，5为配平块支架安装孔，A(y0,z0)为质心代号及质心横移坐标，B(y1,z1)为配平块安装位置代号及位置坐标，D为以O为圆心，配平块自身质心所在圆的直径，B(y2,z2)为第一配平块安装位置代号及位置坐标，C(y3,z3)为第二配平块安装位置代号及位置坐标。

具体实施方式

本发明针对现有技术的不足，提出一种适用于回转体箭体结构的组合配平方法，包括适用于回转体箭体结构的横向质心配平结构方案、应用分布式配平块实现横向质心配平的设计方法两部分。

一、适用于回转体箭体结构的横向质心配平结构方案

当前大多数箭体均为回转体，回转体箭体结构均有环形框用于各个箭体部段的连接，环形框上均布对接孔，本发明方法中配平块根据环形框上对接孔设计适应性结构，并利用对接孔安装配平块，实现箭体质心配平。

二、应用分布式组合配平块实现横向质心配平的设计方法

在进行火箭质心配平前，需要根据质量测量结果计算配平块安装位置及配平块重量，当采用单一配平块实施集中配平时，如果目标安装位置存在箭体结构干涉(或者不具备安装条件的其他情况)，则无法实施配平块安装，因此本发明方法通过将配平块拆分为两个独立的配平单元，在原目标安装位置两侧对称安装配平单元，以避开干涉区域，实现质心配平。下面结合附图对本发明方法进行详细说明。

本发明方法中配平块通过配平块支架转接安装于箭体端框上，利用环形框上对接孔进行安装，无须额外增加安装孔。如图1(a)、图1(b)所示，本发明方法中配平块包括配平块支架4、一个或者多个配平砝码(本发明以两个配平砝码，即第一配平砝码2、第二配平砝码3为例进行说明)，配平块使用紧固件组1实现不同重量的配平砝码组合(所需重量的配平快)并通过配平块支架安装孔5、环形框上对接孔固定至回转体箭体结构，完成质心配平。本发明方法具体流程包括

(1)以回转体箭体上一个环形框所在箭体截面的圆心为坐标原点，以当前环形框所在箭体截面上任意两个垂直直径为y、z轴指向建立yoz坐标系；

(2)获取回转体箭体质心在yoz坐标系中的横移坐标，并记为A(y₀,z₀)；

(3)集中式配平设计方法为：

将配重块安装在偏心点(质心的横移坐标)关于原点O对称的象限，如附图2所示，假设质心的横移坐标位于第一象限内且与x轴的夹角为θ，B点为配重块安装点，安装点位于环形框(位于yoz坐标系第三象限的环形框)上，为环形框上位于OA延长线上的对接孔，则根据质心配平公式

$\sqrt{y_0^2+z_0^2}\·M=\frac{D}{2}\·m_P$

计算得到配重块质量为

$m_P=\frac{2\sqrt{y_0^2+z_0^2}\·M}{D}$

其中，m_P为配重块的质量，包括第一配平砝码2、第二配平砝码3等配平砝码，M为回转体箭体的质量；得到配重块的质量m_P后，将配平砝码利用紧固件组安装于配平块支架，形成一个配平块组合体，使用紧固件组将配平块组合体紧固在箭体环形框对接孔上，完成质心配平。

(4)当最优位置配重块安装点B点不具备安装条件时，应用分布式组合配平块实现横向质心配平的设计方法，分布式配平设计方法为：

如图3所示，假设质量块1(质量为m_P0)位于B1处(与质心坐标反向延长线夹角为θ’)，质量块2(质量为m_P0)位于B2处(与质心坐标反向延长线夹角为θ’)，安装点位于环形框(位于yoz截面的环形框)，则根据质心配平公式

$\sqrt{y_0^2+z_0^2}\·M={\mathrm{Dcos\θ}}^{\′}\·m_{P0}$

得到单个配重块质量为

$m_{P0}=\frac{\sqrt{y_0^2+z_0^2}\·M}{{\mathrm{Dcos\θ}}^{\′}}$

得到单个配重块的质量m_P0后，将对应质量的配平砝码利用紧固件组安装于配平块支架，形成配平块组合体，分别使用紧固件组将两个配平块组合体紧固在箭体环形框对接孔上，完成质心配平，其中B1、B2关于B对称分布。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种适用于回转体箭体结构的组合配平方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)以回转体箭体上任意一个环形框所在箭体截面的圆心为坐标原点，以当前环形框所在箭体截面上任意两个垂直直径指向为y轴指向、z轴指向，建立yoz坐标系；

(2)获取回转体箭体质心在yoz坐标系中的横移坐标，并记为A(y₀,z₀)；

(3)如果横移坐标A(y₀,z₀)关于坐标原点O的对称象限内环形框上位于OA延长线上的对接孔具备安装条件，则将该对接孔作为配平块安装点B，并计算得到配平块质量m_P为

$m_P=\frac{2\sqrt{y_0^2+z_0^2}\·M}{D}$

其中，M为回转体箭体的质量，D为以坐标原点O为圆心、以坐标原点O到配平块质心距离为半径所在圆的直径；

将配平砝码进行组合得到质量为m_P的配平块，然后利用紧固件将配平块紧固在当前环形框上，完成质心配平；

(4)如果横移坐标A(y₀,z₀)关于坐标原点O的对称象限内环形框上位于OA延长线上的对接孔不具备安装条件，则在该对接孔两侧任意选取两个对阵的且均具备安装条件的对接孔，并记为点B1、点B2，并计算得到配平块质量m_P0为

$m_{P0}=\frac{\sqrt{y_0^2+z_0^2}\·M}{D{\mathrm{cos\θ}}^{\′}}$

其中，θ’为B1或B2与坐标原点O连线与OA的夹角；

将配平砝码进行组合得到两个质量为m_P0的配平块，然后利用紧固件分别将配平块紧固在点B1、点B2，完成质心配平。

2.根据权利要求1所述的一种适用于回转体箭体结构的组合配平方法，其特征在于：还包括配平块支架，配平砝码通过配平块支架组合得到配平块。