CN112329139A - 一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法 - Google Patents

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Abstract

一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，涉及运载火箭载荷计算，将运载火箭一维分布的原始载荷分配至细化后的重构载荷坐标点上，利用预设权重计算重构载荷力，并通过验证保证了载荷合力和合力矩的等效，解决了因重构载荷点与原始载荷点重合或较为接近时计算误差过大的问题，鲁棒性好，适合工程应用。

Description

一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法
技术领域
本发明涉及一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，属于运载火箭载荷设计领域。
背景技术
对于运载火箭等细长体飞行器，需要计算其气动载荷沿轴向的分布，而气动载荷通常是离散数据，数据点的坐标分布不均匀，其位置也与期望的载荷关注位置不吻合，不利于进行载荷分析，因此需要进行载荷的重构。现有的载荷转换方法中，当目标点与原始点重合或十分接近时，则会出现方程奇异，导致数值计算错误。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，因重构载荷点与原始载荷点重合或较为接近导致的计算误差问题，提出了一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，步骤如下：
(1)获取运载火箭上原始载荷坐标点及对应的载荷参数，确定重构载荷坐标点，并计算单个原始载荷坐标点分配到单个重构载荷坐标点对应的重构载荷力；
(2)计算每个重构载荷坐标点对应的总载荷；
(3)对步骤(1)所得重构载荷坐标点进行合力及合力矩等效关系验证，若通过验证则重构载荷坐标点可用，否则返回步骤(1)调整重构载荷坐标点数量和具体坐标位置，并重新获取各重构载荷坐标点对应的重构载荷力。
所述载荷参数为原始载荷坐标点对应载荷力，所述单个原始载荷坐标点分配到单个重构载荷坐标点对应的的重构载荷力的计算方法为：
将单个原始载荷坐标点对应载荷力按预设权重分配至单个重构载荷坐标点上，所述预设权重与重构载荷坐标点至原始载荷坐标点距离相关。
所述单个原始载荷坐标点分配到单个重构载荷坐标点对应的的重构载荷力的计算方法具体步骤为：
(a)计算载荷Pi的分配特征参数λi、λxi，具体公式如下：
Figure BDA0002750381390000021
Li,j＝|xj-xi|
Figure BDA0002750381390000022
式中，Li,j为重构载荷坐标点至原始载荷坐标点距离，
Figure BDA0002750381390000023
为重构载荷坐标点至原始载荷坐标点相对坐标，αj、βj为载荷分配权重调节因子，αj∈[0.5,1.5]，βj∈[1，5]，i为原始载荷坐标点，xi为原始载荷坐标点具体坐标，Pi为原始载荷坐标点对应载荷力，j为重构载荷坐标点，xj为重构载荷坐标点具体坐标；
(b)计算原始载荷坐标点i分配到重构载荷坐标点j对应的重构载荷力，具体公式如下：
Figure BDA0002750381390000024
式中，Pi,j为原始载荷坐标点i分配到重构载荷坐标点j对应的重构载荷力。
所述步骤(2)中，单个重构载荷坐标点j对应的总载荷计算方法如下：
Figure BDA0002750381390000025
式中，m为原始载荷坐标点个数。
所述步骤(3)中，合力及合力矩等效关系验证具体为：
Figure BDA0002750381390000031
Figure BDA0002750381390000032
Figure BDA0002750381390000033
Figure BDA0002750381390000034
其中，若上述任一验证不满足，则视为未通过合力及合力矩等效关系验证。
所述重构载荷坐标点数量根据型号任务需求确定，重构载荷坐标点位置于运载火箭允许范围内任意选取。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供的一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，将运载火箭一维分布的原始载荷分配至细化后的重构载荷坐标点上，通过验证保证了载荷合力和合力矩的等效，并解决了重构点和原始数据点重合或过于接近时数值计算误差过大的问题，使数据分布更加均匀，利于载荷分析，适合工程应用，鲁棒性好，当重构点坐标与原始点坐标重合或非常接近时仍能转换。
附图说明
图1为发明提供的原始载荷分布示意图；
图2为发明提供的重构载荷分布示意图；
具体实施方式
一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，涉及运载火箭载荷计算，可将一维分布原始载荷分配到细化的重构载荷坐标点上，并通过验证保证了分配后的载荷与原始载荷合力和合力矩等效，具体步骤如下：
(1)获取运载火箭上原始载荷坐标点及对应的载荷参数，确定重构载荷坐标点，并计算单个原始载荷坐标点分配到单个重构载荷坐标点对应的重构载荷力；
其中，载荷参数为原始载荷坐标点对应载荷力，所述单个原始载荷坐标点分配到单个重构载荷坐标点对应的的重构载荷力的计算方法为：
将单个原始载荷坐标点对应载荷力按预设权重分配至单个重构载荷坐标点上，该权重与重构载荷坐标点至原始载荷坐标点距离相关，距离越小，权重越大。
单个原始载荷坐标点分配到单个重构载荷坐标点对应的的重构载荷力的计算方法具体步骤为：
(a)计算载荷Pi的分配特征参数λi、λxi，具体公式如下：
Figure BDA0002750381390000041
Li,j＝|xj-xi|
Figure BDA0002750381390000042
式中，Li,j为重构载荷坐标点至原始载荷坐标点距离，
Figure BDA0002750381390000043
为重构载荷坐标点至原始载荷坐标点相对坐标，αj、βj为载荷分配权重调节因子，αj∈[0.5,1.5]，βj∈[1，5]，i为原始载荷坐标点，xi为原始载荷坐标点具体坐标，Pi为原始载荷坐标点对应载荷力，j为重构载荷坐标点，xj为重构载荷坐标点具体坐标；
(b)计算原始载荷坐标点i分配到重构载荷坐标点j对应的重构载荷力，具体公式如下：
Figure BDA0002750381390000044
式中，Pi,j为原始载荷坐标点i分配到重构载荷坐标点j对应的重构载荷力。
(2)计算每个重构载荷坐标点对应的总载荷；
单个重构载荷坐标点j对应的总载荷计算方法如下：
Figure BDA0002750381390000051
式中，m为原始载荷坐标点个数。
(3)对步骤(1)和(2)所得重构载荷坐标点进行合力及合力矩等效关系验证，若通过验证则重构载荷坐标点可用，否则返回步骤(1)调整重构载荷坐标点数量和具体坐标位置，并重新获取各重构载荷坐标点对应的重构载荷力。
其中，合力及合力矩等效关系验证具体为：
Figure BDA0002750381390000052
Figure BDA0002750381390000053
Figure BDA0002750381390000054
Figure BDA0002750381390000055
其中，若上述任一验证不满足，则视为未通过合力及合力矩等效关系验证。
在本发明中，可将较少的集中力分散到细化的重构载荷坐标点上，保证载荷合力和合力矩的等效，且距离原始载荷坐标点近的位置分配的载荷更多一些，距离远的载荷分配少，根据这种原则设定权重值，具体要根据型号任务要求确定，同时，重构载荷坐标点数量根据型号任务需求确定。重构载荷坐标点位置于运载火箭允许范围内任意选取。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
S1、获取原始载荷坐标点及相应的载荷参数，确定重构载荷坐标点及对应载荷参数，原始数据点数量m为10个，对应载荷力与力矩如表1所示，沿X向分布如图1所示，从1m到10m，每个数据点间隔为1m。将原始载荷坐标点载荷分配到100个间隔为0.1m的重构载荷坐标点上，则n＝100；
S2、将原始载荷坐标点i的载荷Pi按不同的权重分配到重构载荷坐标点j上，得到重构载荷力Pi,j，对于每个原始载荷坐标点i，计算重构载荷坐标点j到原始载荷坐标点i的距离Li,j，相对坐标值
Figure BDA0002750381390000062
所有的αj取0.8，所有的βj取3，计算得到对应的λi和λxi，再利用λi和λxi计算得到Pi,j；
表1原始载荷数据如下：
X坐标(m) 载荷(N) 力矩(N·m)
1 1 1
2 7 14
3 3 9
4 9 36
5 6 30
6 2 12
7 7 49
8 6 48
9 2 18
10 5 50
合计 48 267
S3、对所有的原始载荷坐标点进行载荷分配后，计算细化重构载荷坐标点对应载荷力，对于重构载荷坐标点j，计算重构后的总载荷Pj，具体重构载荷坐标点坐标、载荷、力矩如表2所示，分布如图2所示；
表2重构后载荷数据
Figure BDA0002750381390000061
Figure BDA0002750381390000071
Figure BDA0002750381390000081
Figure BDA0002750381390000091
Figure BDA0002750381390000101
S4、对重构后的载荷进行验证，分别按照验证公式对重构前后的载荷进行验证，可知重构前后总载荷和总力矩是等效的。
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 (6)

1.一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，其特征在于步骤如下：
(1)获取运载火箭上原始载荷坐标点及对应的载荷参数，确定重构载荷坐标点，并计算单个原始载荷坐标点分配到单个重构载荷坐标点对应的重构载荷力；
(2)计算每个重构载荷坐标点对应的总载荷；
(3)对步骤(1)所得重构载荷坐标点进行合力及合力矩等效关系验证，若通过验证则重构载荷坐标点可用，否则返回步骤(1)调整重构载荷坐标点数量和具体坐标位置，并重新获取各重构载荷坐标点对应的重构载荷力。
2.根据权利要求1所述的一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，其特征在于：
所述载荷参数为原始载荷坐标点对应载荷力，所述单个原始载荷坐标点分配到单个重构载荷坐标点对应的的重构载荷力的计算方法为：
将单个原始载荷坐标点对应载荷力按预设权重分配至单个重构载荷坐标点上，所述预设权重与重构载荷坐标点至原始载荷坐标点距离相关。
3.根据权利要求2所述的一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，其特征在于：
所述单个原始载荷坐标点分配到单个重构载荷坐标点对应的的重构载荷力的计算方法具体步骤为：
(a)计算载荷Pi的分配特征参数λi、λxi，具体公式如下：
Figure FDA0002750381380000011
Li，j＝|xj-xi|
Figure FDA0002750381380000012
式中，Li，j为重构载荷坐标点至原始载荷坐标点距离，
Figure FDA0002750381380000021
为重构载荷坐标点至原始载荷坐标点相对坐标，αj、βj为载荷分配权重调节因子，αj∈[0.5，1.5]，βj∈[1，5]，i为原始载荷坐标点，xi为原始载荷坐标点具体坐标，Pi为原始载荷坐标点对应载荷力，j为重构载荷坐标点，xj为重构载荷坐标点具体坐标；
(b)计算原始载荷坐标点i分配到重构载荷坐标点j对应的重构载荷力，具体公式如下：
Figure FDA0002750381380000022
式中，Pi，j为原始载荷坐标点i分配到重构载荷坐标点j对应的重构载荷力。
4.根据权利要求1所述的一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，其特征在于：
所述步骤(2)中，单个重构载荷坐标点j对应的总载荷计算方法如下：
Figure FDA0002750381380000023
式中，m为原始载荷坐标点个数。
5.根据权利要求1所述的一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，其特征在于：
所述步骤(3)中，合力及合力矩等效关系验证具体为：
Figure FDA0002750381380000024
Figure FDA0002750381380000025
Figure FDA0002750381380000026
Figure FDA0002750381380000027
其中，若上述任一验证不满足，则视为未通过合力及合力矩等效关系验证。
6.根据权利要求1所述的一种运载火箭一维分布载荷细化重构方法，其特征在于：
所述重构载荷坐标点数量根据型号任务需求确定，重构载荷坐标点位置于运载火箭允许范围内任意选取。
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