CN113609579A - 火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统 - Google Patents

火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113609579A
CN113609579A CN202110825153.XA CN202110825153A CN113609579A CN 113609579 A CN113609579 A CN 113609579A CN 202110825153 A CN202110825153 A CN 202110825153A CN 113609579 A CN113609579 A CN 113609579A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wing
initiating explosive
moment
actuator
outer wing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110825153.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113609579B (zh
Inventor
许泉
史晓鸣
侯凯宇
夏鹏
高阳
毛黎明
李海东
刘陆广
刘广
许斌
许自然
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Electromechanical Engineering
Original Assignee
Shanghai Institute of Electromechanical Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Electromechanical Engineering filed Critical Shanghai Institute of Electromechanical Engineering
Priority to CN202110825153.XA priority Critical patent/CN113609579B/zh
Publication of CN113609579A publication Critical patent/CN113609579A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113609579B publication Critical patent/CN113609579B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

本发明提供了一种火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统，包括：步骤1：构建用于火工作动器内弹道燃药燃烧产生的载荷辨识的测量系统，所述测量系统包括内翼、外翼、火工作动器、加速度传感器和角度传感器；步骤2：通过多项式拟合，对采集的加速度数据、角速度数据进行数据清洗；步骤3：根据拉格朗日方程，建立测量系统的数学模型，根据外翼面加速度数据和角速度数据，计算得到火工作动器的输出载荷。本发明通过测量加速度信号和角速度信号，十分便捷的辨识外部边界条件变化后的火工作动器输出载荷的变化，为提高武器系统发射可靠性提供了数据支撑。

Description

火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统
技术领域
本发明涉及载荷辨识技术领域，具体地，涉及一种火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统。
背景技术
越来越多的飞行器分离、变形等新型技术，采用火工作动器作为输出动力源。现有计算和试验手段，难以准确描述或者测量火工作动器产品燃烧产生的输出载荷，并且火工作动器输出载荷常常和外部的结构形式强耦合。
火工作动器输出载荷一般采用密爆试验测量火工作动器的输出压力和时间的关系。但是，密爆试验无法准确描述外部结构对火工作动器燃烧的影响。然而外部结构对火工作动器做动时间、载荷峰值等影响较大。故需要采用新的方法对火工作动器的输出载荷进行辨识。
专利文献CN107991060B(申请号：CN201711160301.0)公开了一种基于自适应和迭代算法的载荷分布式光纤辨识方法，属于结构健康监测领域。包括：步骤一：采用有限元方法，得到梁结构的离散化状态方程；步骤二：基于分布式光纤传感器的气动载荷-应变响应信号采集；步骤三：基于卡尔曼滤波器和载荷估计器的气动载荷分布状态反演；步骤四：采用Sage-Husa自适应和迭代实现对步骤三气动载荷分布反演过程中噪声特性参数Q，R和收敛特性的调节，分别得到Q，R参数优化值；步骤五：将步骤四优化所得参数Q，R代入步骤三所述算法，作为下一次采样时刻的基准参量；步骤六：按照步骤二至步骤五顺序，依次反复循环上述过程。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统。
根据本发明提供的火工作动器爆炸载荷辨识方法，包括：
步骤1：构建用于火工作动器内弹道燃药燃烧产生的载荷辨识的测量系统，所述测量系统包括内翼、外翼、火工作动器、加速度传感器和角度传感器；
步骤2：通过多项式拟合，对采集的加速度数据、角速度数据进行数据清洗；
步骤3：根据拉格朗日方程，建立测量系统的数学模型，根据外翼面加速度数据和角速度数据，计算得到火工作动器的输出载荷。
优选的，将燃药装入火工作动器中，将火工作动器置于内翼凹槽，将内翼与基座固连，通过销钉将外翼和内翼连接，通过销钉将火工作动器的拉杆端和外翼面连接；
将加速度传感器和角度传感器固连于外翼面，实时采集外翼面的加速度和角速度。
优选的，采用多项式进行数据的清洗拟合，使得采集的加速度数据随时间的数据曲线光滑连续，表达式为：
Figure BDA0003173317780000021
其中，t为某一时刻的时间，
Figure BDA0003173317780000022
表示外翼面的角加速度，Re表示加速度传感器到内、外翼面转轴距离，AC(t)表示t时刻沿弧线切向过载加速度；
对二阶差分公式角度传感器采集的角度数据进行处理，得到t时刻的外翼转过角度
Figure BDA0003173317780000023
表达式为：
Figure BDA0003173317780000024
其中，Δt为采样时间，边界条件为：
Figure BDA0003173317780000025
根据公式(2)和(3)，推导任意t时刻，角度和角加速度的关系，表达式为：
Figure BDA0003173317780000026
优选的，建立几何关系，任意t时刻外翼与内翼间的夹角α(t)为：
Figure BDA0003173317780000027
根据余弦定理，得：
Figure BDA0003173317780000028
根据正弦定理，得：
Figure BDA0003173317780000029
其中，Ri为外翼内缘到内、外翼转轴距离；H为内外翼转轴到火工品驱动器和外翼连接点距离；S(t)为t时刻外翼内缘到火工品驱动点距离，β(t)为t时刻内翼与火工作动器夹角。
优选的，根据拉格朗日方程，外翼的能量为：
Figure BDA0003173317780000031
其中，T1表示外翼的动能，J1是外翼面绕内外翼面转动轴转动惯量；
外翼势能：V1＝0…………(9)
外翼面广义力：Q1＝N·Ri-M1…………(10)
其中，N表示外翼与驱动杆轴承上的支反力，M1为外翼上的阻力矩；
根据拉格朗日方程，得：
Figure BDA0003173317780000032
Figure BDA0003173317780000033
系统的驱动部分能量分为动能和势能，其中驱动系统的动能为：
Figure BDA0003173317780000034
其中，J2(t)为驱动杆和活塞缸的转动惯量，m2为驱动杆质量；
驱动系统的势能为：V2＝0…………(14)
Q2t＝F(t)-N(t)·sin(α+β)-N2…………(15)
Q2r＝-N(t)·S(t)·cos(α+β)-M2…………(16)
其中，Q2t表示火工作动器广义力，Q2r表示火工作动器广义力矩，F(t)为火工品活塞缸输出驱动力，N2为火工品活塞缸摩擦阻力，M2为驱动机构活塞缸上的阻力矩；
根据拉格朗日方程，得：
Figure BDA0003173317780000041
得到驱动结构的状态方程：
Figure BDA0003173317780000042
Figure BDA0003173317780000043
火工作动器活塞缸内压强与输出驱动力关系：
F(t)＝p(t)A…………(20)
其中，p(t)为火工作动器内压，A为活塞杆面积；
采用理想气体方程，压强与驱动杆行程ΔS关系：
p(V0+AΔS)＝nRT…………(21)
其中，V为活塞缸内初始体积，n是气体物质的量，R是普适气体恒量，T是气体温度；
最终得到动力学方程：
Figure BDA0003173317780000044
Figure BDA0003173317780000045
Figure BDA0003173317780000046
pV0+FΔS＝nRT…………25)
忽略活塞缸转轴处的摩擦阻力矩M2，通过求解公式(22)～(25)，获得爆炸过程中火工品输出的爆炸载荷F。
根据本发明提供的火工作动器爆炸载荷辨识系统，包括：
模块M1：构建用于火工作动器内弹道燃药燃烧产生的载荷辨识的测量系统，所述测量系统包括内翼、外翼、火工作动器、加速度传感器和角度传感器；
模块M2：通过多项式拟合，对采集的加速度数据、角速度数据进行数据清洗；
模块M3：根据拉格朗日方程，建立测量系统的数学模型，根据外翼面加速度数据和角速度数据，计算得到火工作动器的输出载荷。
优选的，将燃药装入火工作动器中，将火工作动器置于内翼凹槽，将内翼与基座固连，通过销钉将外翼和内翼连接，通过销钉将火工作动器的拉杆端和外翼面连接；
将加速度传感器和角度传感器固连于外翼面，实时采集外翼面的加速度和角速度。
优选的，采用多项式进行数据的清洗拟合，使得采集的加速度数据随时间的数据曲线光滑连续，表达式为：
Figure BDA0003173317780000051
其中，t为某一时刻的时间，
Figure BDA0003173317780000052
表示外翼面的角加速度，Re表示加速度传感器到内、外翼面转轴距离，AC(t)表示t时刻沿弧线切向过载加速度；
对二阶差分公式角度传感器采集的角度数据进行处理，得到t时刻的外翼转过角度
Figure BDA0003173317780000053
表达式为：
Figure BDA0003173317780000054
其中，Δt为采样时间，边界条件为：
Figure BDA0003173317780000055
根据公式(2)和(3)，推导任意t时刻，角度和角加速度的关系，表达式为：
Figure BDA0003173317780000056
优选的，建立几何关系，任意t时刻外翼与内翼间的夹角α(t)为：
Figure BDA0003173317780000057
根据余弦定理，得：
Figure BDA0003173317780000058
根据正弦定理，得：
Figure BDA0003173317780000059
其中，Ri为外翼内缘到内、外翼转轴距离；H为内外翼转轴到火工品驱动器和外翼连接点距离；S(t)为t时刻外翼内缘到火工品驱动点距离，β(t)为t时刻内翼与火工作动器夹角。
优选的，根据拉格朗日方程，外翼的能量为：
Figure BDA00031733177800000510
其中，T1表示外翼的动能，J1是外翼面绕内外翼面转动轴转动惯量；
外翼势能：V1＝0…………(9)
外翼面广义力：Q1＝N·Ri-M1…………(10)
其中，N表示外翼与驱动杆轴承上的支反力，M1为外翼上的阻力矩；
根据拉格朗日方程，得：
Figure BDA0003173317780000061
Figure BDA0003173317780000062
系统的驱动部分能量分为动能和势能，其中驱动系统的动能为：
Figure BDA0003173317780000063
其中，J2(t)为驱动杆和活塞缸的转动惯量，m2为驱动杆质量；
驱动系统的势能为：V2＝0…………(14)
Q2t＝F(t)-N(t)·sin(α+β)-N2…………(15)
Q2r＝-N(t)·S(t)·cos(α+β)-M2…………(16)
其中，Q2t表示火工作动器广义力，Q2r表示火工作动器广义力矩，F(t)为火工品活塞缸输出驱动力，N2为火工品活塞缸摩擦阻力，M2为驱动机构活塞缸上的阻力矩；
根据拉格朗日方程，得：
Figure BDA0003173317780000064
得到驱动结构的状态方程：
Figure BDA0003173317780000065
Figure BDA0003173317780000071
火工作动器活塞缸内压强与输出驱动力关系：
F(t)＝p(t)A…………(20)
其中，p(t)为火工作动器内压，A为活塞杆面积；
采用理想气体方程，压强与驱动杆行程ΔS关系：
p(V0+AΔS)＝nRT…………(21)
其中，V为活塞缸内初始体积，n是气体物质的量，R是普适气体恒量，T是气体温度；
最终得到动力学方程：
Figure BDA0003173317780000072
Figure BDA0003173317780000073
Figure BDA0003173317780000074
pV0+FΔS＝nRT…………25)
忽略活塞缸转轴处的摩擦阻力矩M2，通过求解公式(22)～(25)，获得爆炸过程中火工品输出的爆炸载荷F。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明提供的火工作动器输出载荷辨识方法，支撑火工做动器参数设计，为提高武器系统发射可靠性提供了数据支撑；
(2)本发明通过测量加速度信号和角速度信号，就可以辨识外部边界条件变化后火工作动器输出载荷的变化，十分便捷。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明试验系统简图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例：
本发明提供了一种火工作动器爆炸载荷辨识方法，本发明的技术方案包括：构建火工作动器内弹道燃药燃烧产生的载荷辨识方法的测量系统；包含内、外翼，火工作动器、转轴、加速度感器、角度传感器；根据拉格朗日方程，建立了测量系统的展开数学模型，采用加速度传感器、角度传感器，采集火工作动器驱动部件加速度数据和角度数据，采用多项式方法，清洗加速度由于碰撞等因素引起的跳跃数据，最终对火工作动器输出载荷进行反演计算，得到火工作动器输出载荷值。
具体步骤为：
步骤一、建立试验系统，将燃药装入火工作动器中，并将火工作动器置于内翼凹槽，保证火工作动器在内翼凹槽内自由转动，内翼于固定基座固连。通过销钉将外翼和内翼连接，保证内、外翼转动灵活。通过销钉将火工作动器的拉杆端和外翼面连接。
步骤二、将加速度传感器固连于外翼面，将角度传感器和外翼面固连。试验过程中，实时采集外翼面的加速度和角速度随时间变化的信息。
步骤三，建立载荷识别数学模型。根据数学模型推导求解出爆炸过程产生的输出载荷。
对本发明的方法的数学模型做进一步解释：
火工作动器工作时，拉动外翼面高速展开，其沿弧线切向过载加速度AC，由加速度传感器采集。实际采集中，由于销钉和转轴干涉、碰撞等，引起采集的加速度信号存在突变和跳跃，需要采用多项式进行数据的清洗拟合，使得采集加速度信号，保证加速度随时间的数据曲线光滑连续，表达式为：
Figure BDA0003173317780000081
其中，t为某一时刻的时间，
Figure BDA0003173317780000082
表示外翼面的角加速度，Re表示加速度传感器到内、外翼面转轴距离，AC(t)表示t时刻沿弧线切向过载加速度。
角度传感器采集的角度数据，需要采用公式(2)二阶差分公式，对采集的角度数据进行处理，得t时刻的外翼转过角度
Figure BDA0003173317780000083
Δt为采样时间，表达式为：
Figure BDA0003173317780000084
其边界条件为：
Figure BDA0003173317780000085
根据公式(2)和边界条件(3)，可以推导任意t时刻，角度和角加速度的关系，表达式为：
Figure BDA0003173317780000091
根据图1，建立几何关系，任意t时刻外翼与内翼间的夹角α(t)为：
Figure BDA0003173317780000092
根据余弦定理，得：
Figure BDA0003173317780000093
根据正弦定理，得：
Figure BDA0003173317780000094
其中，Ri为外翼内缘到内、外翼转轴距离；H为内外翼转轴到火工品驱动器和外翼连接点距离；S(t)为t时刻外翼内缘到火工品驱动点距离，β(t)为t时刻内翼与火工作动器夹角。
根据拉格朗日方程，外翼的能量为：
Figure BDA0003173317780000095
其中，T1表示外翼的动能，J1是外翼面绕内外翼面转动轴转动惯量；
外翼势能：V1＝0…………(9)
外翼面广义力：Q1＝N·Ri-M1…………(10)
其中，N表示外翼与驱动杆轴承上的支反力，M1为外翼上的阻力矩。
根据拉格朗日方程，得：
Figure BDA0003173317780000096
Figure BDA0003173317780000097
系统的驱动部分能量分为动能和势能，其中驱动系统的动能为：
Figure BDA0003173317780000101
其中，J2(t)为驱动杆和活塞缸的转动惯量，由于J2(t)中拉杆质量相对于转轴存在相对运动，J2(t)为时变量，m2为驱动杆质量。
系统驱动机构势能：V2＝0…………(14)
Q2t＝F(t)-N(t)·sin(α+β)-N2…………(15)
Q2r＝-N(t)·S(t)·cos(α+β)-M2…………(16)
其中，Q2t表示火工作动器广义力，Q2r表示火工作动器广义力矩。F(t)为火工品活塞缸输出驱动力；N2为火工品活塞缸摩擦阻力，M2为驱动机构活塞缸上的阻力矩。
根据拉格朗日方程，得：
Figure BDA0003173317780000102
得到驱动结构的状态方程：
Figure BDA0003173317780000103
Figure BDA0003173317780000104
火工作动器活塞缸内压强与输出驱动力关系：
F(t)＝p(t)A…………(20)
其中，F(t)表示火工作动器输出压力，p(t)为火工作动器内压，A为活塞杆面积。采用理想气体方程，压强与驱动杆行程ΔS关系：
p(V0+AΔS)＝nRT…………(21)
其中，V为活塞缸内初始体积，n是气体物质的量，R是普适气体恒量，T是气体温度。
最终可以得到动力学方程：
Figure BDA0003173317780000105
Figure BDA0003173317780000106
Figure BDA0003173317780000111
pV0+FΔS＝nRT…………25)
由于活塞缸转轴处的摩擦阻力矩M2为小量，故忽略此项。通过求解公式(22)～(25)，可以获得爆炸过程中，火工品输出的爆炸载荷F。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种火工作动器爆炸载荷辨识方法，其特征在于，包括：
步骤1：构建用于火工作动器内弹道燃药燃烧产生的载荷辨识的测量系统，所述测量系统包括内翼、外翼、火工作动器、加速度传感器和角度传感器；
步骤2：通过多项式拟合，对采集的加速度数据、角速度数据进行数据清洗；
步骤3：根据拉格朗日方程，建立测量系统的数学模型，根据外翼面加速度数据和角速度数据，计算得到火工作动器的输出载荷。
2.根据权利要求1所述的火工作动器爆炸载荷辨识方法，其特征在于，将燃药装入火工作动器中，将火工作动器置于内翼凹槽，将内翼与基座固连，通过销钉将外翼和内翼连接，通过销钉将火工作动器的拉杆端和外翼面连接；
将加速度传感器和角度传感器固连于外翼面，实时采集外翼面的加速度和角速度。
3.根据权利要求1所述的火工作动器爆炸载荷辨识方法，其特征在于，采用多项式进行数据的清洗拟合，使得采集的加速度数据随时间的数据曲线光滑连续，表达式为：
Figure FDA0003173317770000011
其中，t为某一时刻的时间，
Figure FDA0003173317770000012
表示外翼面的角加速度，Re表示加速度传感器到内、外翼面转轴距离，AC(t)表示t时刻沿弧线切向过载加速度；
对二阶差分公式角度传感器采集的角度数据进行处理，得到t时刻的外翼转过角度
Figure FDA0003173317770000013
表达式为：
Figure FDA0003173317770000014
其中，Δt为采样时间，边界条件为：
Figure FDA0003173317770000015
根据公式(2)和(3)，推导任意t时刻，角度和角加速度的关系，表达式为：
Figure FDA0003173317770000016
4.根据权利要求3所述的火工作动器爆炸载荷辨识方法，其特征在于，建立几何关系，任意t时刻外翼与内翼间的夹角α(t)为：
Figure FDA0003173317770000017
根据余弦定理，得：
Figure FDA0003173317770000021
根据正弦定理，得：
Figure FDA0003173317770000022
其中，Ri为外翼内缘到内、外翼转轴距离；H为内外翼转轴到火工品驱动器和外翼连接点距离；S(t)为t时刻外翼内缘到火工品驱动点距离，β(t)为t时刻内翼与火工作动器夹角。
5.根据权利要求4所述的火工作动器爆炸载荷辨识方法，其特征在于，根据拉格朗日方程，外翼的能量为：
Figure FDA0003173317770000023
其中，T1表示外翼的动能，J1是外翼面绕内外翼面转动轴转动惯量；
外翼势能：V1＝0…………(9)
外翼面广义力：Q1＝N·Ri-M1…………(10)
其中，N表示外翼与驱动杆轴承上的支反力，M1为外翼上的阻力矩；
根据拉格朗日方程，得：
Figure FDA0003173317770000024
Figure FDA0003173317770000025
系统的驱动部分能量分为动能和势能，其中驱动系统的动能为：
Figure FDA0003173317770000026
其中，J2(t)为驱动杆和活塞缸的转动惯量，m2为驱动杆质量；
驱动系统的势能为：V2＝0…………(14)
Q2t＝F(t)-N(t)·sin(α+β)-N2…………(15)
Q2r＝-N(t)·S(t)·cos(α+β)-M2…………(16)
其中，Q2t表示火工作动器广义力，Q2r表示火工作动器广义力矩，F(t)为火工品活塞缸输出驱动力，N2为火工品活塞缸摩擦阻力，M2为驱动机构活塞缸上的阻力矩；
根据拉格朗日方程，得：
Figure FDA0003173317770000031
得到驱动结构的状态方程：
Figure FDA0003173317770000032
Figure FDA0003173317770000033
火工作动器活塞缸内压强与输出驱动力关系：
F(t)＝p(t)A…………(20)
其中，p(t)为火工作动器内压，A为活塞杆面积；
采用理想气体方程，压强与驱动杆行程ΔS关系：
p(V0+AΔS)＝nRT…………(21)
其中，V为活塞缸内初始体积，n是气体物质的量，R是普适气体恒量，T是气体温度；
最终得到动力学方程：
Figure FDA0003173317770000034
Figure FDA0003173317770000035
Figure FDA0003173317770000036
pV0+FΔS＝nRT…………25)
忽略活塞缸转轴处的摩擦阻力矩M2，通过求解公式(22)～(25)，获得爆炸过程中火工品输出的爆炸载荷F。
6.一种火工作动器爆炸载荷辨识系统，其特征在于，包括：
模块M1：构建用于火工作动器内弹道燃药燃烧产生的载荷辨识的测量系统，所述测量系统包括内翼、外翼、火工作动器、加速度传感器和角度传感器；
模块M2：通过多项式拟合，对采集的加速度数据、角速度数据进行数据清洗；
模块M3：根据拉格朗日方程，建立测量系统的数学模型，根据外翼面加速度数据和角速度数据，计算得到火工作动器的输出载荷。
7.根据权利要求6所述的火工作动器爆炸载荷辨识系统，其特征在于，将燃药装入火工作动器中，将火工作动器置于内翼凹槽，将内翼与基座固连，通过销钉将外翼和内翼连接，通过销钉将火工作动器的拉杆端和外翼面连接；
将加速度传感器和角度传感器固连于外翼面，实时采集外翼面的加速度和角速度。
8.根据权利要求6所述的火工作动器爆炸载荷辨识系统，其特征在于，采用多项式进行数据的清洗拟合，使得采集的加速度数据随时间的数据曲线光滑连续，表达式为：
Figure FDA0003173317770000041
其中，t为某一时刻的时间，
Figure FDA0003173317770000042
表示外翼面的角加速度，Re表示加速度传感器到内、外翼面转轴距离，AC(t)表示t时刻沿弧线切向过载加速度；
对二阶差分公式角度传感器采集的角度数据进行处理，得到t时刻的外翼转过角度
Figure FDA0003173317770000043
表达式为：
Figure FDA0003173317770000044
其中，Δt为采样时间，边界条件为：
Figure FDA0003173317770000045
根据公式(2)和(3)，推导任意t时刻，角度和角加速度的关系，表达式为：
Figure FDA0003173317770000046
9.根据权利要求8所述的火工作动器爆炸载荷辨识系统，其特征在于，建立几何关系，任意t时刻外翼与内翼间的夹角α(t)为：
Figure FDA0003173317770000047
根据余弦定理，得：
Figure FDA0003173317770000048
根据正弦定理，得：
Figure FDA0003173317770000049
其中，Ri为外翼内缘到内、外翼转轴距离；H为内外翼转轴到火工品驱动器和外翼连接点距离；S(t)为t时刻外翼内缘到火工品驱动点距离，β(t)为t时刻内翼与火工作动器夹角。
10.根据权利要求9所述的火工作动器爆炸载荷辨识系统，其特征在于，根据拉格朗日方程，外翼的能量为：
Figure FDA0003173317770000051
其中，T1表示外翼的动能，J1是外翼面绕内外翼面转动轴转动惯量；
外翼势能：V1＝0…………(9)
外翼面广义力：Q1＝N·Ri-M1…………(10)
其中，N表示外翼与驱动杆轴承上的支反力，M1为外翼上的阻力矩；
根据拉格朗日方程，得：
Figure FDA0003173317770000052
Figure FDA0003173317770000054
系统的驱动部分能量分为动能和势能，其中驱动系统的动能为：
Figure FDA0003173317770000053
其中，J2(t)为驱动杆和活塞缸的转动惯量，m2为驱动杆质量；
驱动系统的势能为：V2＝0…………(14)
Q2t＝F(t)-N(t)·sin(α+β)-N2…………(15)
Q2r＝-N(t)·S(t)·cos(α+β)-M2…………(16)
其中，Q2t表示火工作动器广义力，Q2r表示火工作动器广义力矩，F(t)为火工品活塞缸输出驱动力，N2为火工品活塞缸摩擦阻力，M2为驱动机构活塞缸上的阻力矩；
根据拉格朗日方程，得：
Figure FDA0003173317770000061
得到驱动结构的状态方程：
Figure FDA0003173317770000062
Figure FDA0003173317770000063
火工作动器活塞缸内压强与输出驱动力关系：
F(t)＝p(t)A…………(20)
其中，p(t)为火工作动器内压，A为活塞杆面积；
采用理想气体方程，压强与驱动杆行程ΔS关系：
p(V0+AΔS)＝nRT…………(21)
其中，V为活塞缸内初始体积，n是气体物质的量，R是普适气体恒量，T是气体温度；
最终得到动力学方程：
Figure FDA0003173317770000064
Figure FDA0003173317770000065
Figure FDA0003173317770000066
pV0+FΔS＝nRT…………25)
忽略活塞缸转轴处的摩擦阻力矩M2，通过求解公式(22)～(25)，获得爆炸过程中火工品输出的爆炸载荷F。
CN202110825153.XA 2021-07-21 2021-07-21 火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统 Active CN113609579B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110825153.XA CN113609579B (zh) 2021-07-21 2021-07-21 火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110825153.XA CN113609579B (zh) 2021-07-21 2021-07-21 火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113609579A true CN113609579A (zh) 2021-11-05
CN113609579B CN113609579B (zh) 2024-05-10

Family

ID=78305035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110825153.XA Active CN113609579B (zh) 2021-07-21 2021-07-21 火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113609579B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993022648A1 (de) * 1992-04-30 1993-11-11 Avl Gesellschaft Für Verbrennungs-Kraftmaschinen Und Messtechnik Mbh Prof.Dr.H.C. Hans List Verfahren und einrichtung zur motorüberwachung
WO2007115998A1 (fr) * 2006-04-07 2007-10-18 Tda Armements S.A.S Dispositif de controle de mise a feu de la charge d'une roquette et procede de lancement d'une roquette equipe d'un tel dispositif
US20120089375A1 (en) * 2009-04-15 2012-04-12 Michael Kordt System and method for determining local accelerations, dynamic load distributions and aerodynamic data in an aircraft
CN104655343A (zh) * 2015-02-09 2015-05-27 北京理工大学 一种微型火工作动装置的高精度动态推力测试方法
CN107607247A (zh) * 2017-09-20 2018-01-19 西安近代化学研究所 一种炸药爆炸冲量和风动压联合测试方法
CN107991060A (zh) * 2017-11-20 2018-05-04 南京航空航天大学 基于自适应和迭代算法的载荷分布式光纤辨识方法
CN112684697A (zh) * 2020-12-15 2021-04-20 上海卫星工程研究所 分体式卫星在轨两舱转动惯量辨识方法及系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993022648A1 (de) * 1992-04-30 1993-11-11 Avl Gesellschaft Für Verbrennungs-Kraftmaschinen Und Messtechnik Mbh Prof.Dr.H.C. Hans List Verfahren und einrichtung zur motorüberwachung
WO2007115998A1 (fr) * 2006-04-07 2007-10-18 Tda Armements S.A.S Dispositif de controle de mise a feu de la charge d'une roquette et procede de lancement d'une roquette equipe d'un tel dispositif
US20120089375A1 (en) * 2009-04-15 2012-04-12 Michael Kordt System and method for determining local accelerations, dynamic load distributions and aerodynamic data in an aircraft
CN104655343A (zh) * 2015-02-09 2015-05-27 北京理工大学 一种微型火工作动装置的高精度动态推力测试方法
CN107607247A (zh) * 2017-09-20 2018-01-19 西安近代化学研究所 一种炸药爆炸冲量和风动压联合测试方法
CN107991060A (zh) * 2017-11-20 2018-05-04 南京航空航天大学 基于自适应和迭代算法的载荷分布式光纤辨识方法
CN112684697A (zh) * 2020-12-15 2021-04-20 上海卫星工程研究所 分体式卫星在轨两舱转动惯量辨识方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张科备;王大轶;王有懿;: "UKF位姿估计的超静平台耦合模型参数辨识", 宇航学报, no. 12 *
王锋;贺伟;毛鹏飞;张小庆;: "脉冲风洞测力系统建模与载荷辨识方法研究", 振动与冲击, no. 01 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113609579B (zh) 2024-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Palfreyman et al. The pulsating flow field in a mixed flow turbocharger turbine: an experimental and computational study
Pak Wing shape sensing from measured strain
Padova et al. Experimental results from controlled blade tip/shroud rubs at engine speed
Chen et al. Improved automated diagnosis of misfire in internal combustion engines based on simulation models
CN105352586B (zh) 通过检测共振频率实现叶片疲劳裂纹检测的方法
CN105352713B (zh) 通过检测叶片静位移实现检测叶片疲劳裂纹的方法
CN110567574A (zh) 一种旋转叶片叶端定时振动参数辨识方法与系统
RU2531097C1 (ru) Способ определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления
Drachinsky et al. Flutter tests of the Pazy wing
CN103528776A (zh) 一种高阶旋转叶片动力学相似测试实验台及测试方法
CN103712785A (zh) 一种滚动轴承‐转子系统损伤振动响应定量计算方法
Sinha et al. Dynamic loading on turbofan blades due to bird-strike
Hartung et al. Rig and engine validation of the nonlinear forced response analysis performed by the tool OrAgL
CN111090957A (zh) 一种高温结构危险点应力-应变计算方法
Fan et al. An improved blade tip-timing method for vibration measurement of rotating blades during transient operating conditions
Otsuka et al. Absolute nodal coordinate formulation with vector-strain transformation for high aspect ratio wings
Siadkowska et al. Numerical analysis of the rotor in the co-simulation methodology
CN109958483B (zh) 一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法
CN113609579A (zh) 火工作动器爆炸载荷辨识方法和系统
Wang et al. EEMD-based videogrammetry and vibration analysis method for rotating wind power blades
Bakulin et al. Flutter of a sandwich cylindrical shell supported with annular ribs and loaded with axial forces
Almeida et al. Experimental analysis of dynamic interaction between a centrifugal compressor and its casing
Smith An assessment of the state-of-the-art from the 2019 ARO dynamic stall workshop
Schatzman et al. Data Processing and Analysis of Performance Measurements From Ingenuity Rotors in the Jet Propulsion Laboratory 25-Ft Space Simulator
CN113821869A (zh) 一种基于多源数据融合的飞行器力载荷在线预示方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Country or region after: China

Address after: No. 1333-1 Zhongchun Road, Minhang District, Shanghai, 201109

Applicant after: SHANGHAI INSTITUTE OF ELECTROMECHANICAL ENGINEERING

Address before: No. 3888, Yuanjiang Road, Minhang District, Shanghai, 201100

Applicant before: SHANGHAI INSTITUTE OF ELECTROMECHANICAL ENGINEERING

Country or region before: China

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant