[发明专利]一种空投货物出舱载荷的精确确定方法

摘要

本发明涉及一种空投货物出舱载荷的精确确定方法，包括步骤一：建立坐标系；步骤二：空投货物出舱过程分析；在空投货物出舱运动过程中，当货物重心运动到与转载滑轮轴心在同一竖直面内时，为货物出舱运动过程中的初始状态；当货物末端运动到转载滑轮位置或货物脱离转载滑轮时，为货物出舱运动过程中的末状态；步骤三：根据货物的受力关系和运动状态，构建计算模型并计算出预定参数；模型中将空投货物出舱运动过程分为两个过程：平移过程和翻滚过程；步骤四：根据计算出的预定参数，拟合出出舱载荷曲线。本发明的一种空投货物出舱载荷计的精确确定方法具有精度高、易于理解，计算效率快等优点。

主权项

1.一种空投货物出舱载荷的精确确定方法，其特征在于，包括步骤一：建立坐标系取飞机地板或斜台末端处的转载滑轮轴心为坐标系原点O，X正方向为飞机逆航向在水平面上的投影，Y正方向为竖直向下，坐标系符合右手法则；步骤二：空投货物出舱过程分析在空投货物出舱运动过程中，当货物重心运动到与转载滑轮轴心在同一竖直面内时，为货物出舱运动过程中的初始状态；当货物末端运动到转载滑轮位置或货物脱离转载滑轮时，为货物出舱运动过程中的末状态；定义空投货物尺寸长、宽、高分别设为L×b×H，设空投货物重心位置在货物的几何中心Q处，由于货物出舱过程非常短暂，设牵引伞的拉力F不变，与X轴成β夹角，起始状态时，空投货物速度v₀，与飞机地板面平行向后，飞机地板与X轴成θ₀夹角；步骤三：根据货物的受力关系和运动状态，构建计算模型并计算出预定参数模型中将空投货物出舱运动过程分为两个过程：平移过程和翻滚过程；对于平移过程，空投货物出舱过程平移过程为匀加速过程：a)初始状态t＝0x(0)＝0θ(0)＝θ₀v_x(0)＝v₀cosθ₀v_y(0)＝v₀sinθ₀N(0)＝Gcosθ₀‑Fsin(β+θ₀)G＝mgb)末状态：t＝t_aθ(t_a)＝θ₀N(t_a)＝Gcosθ₀‑Fsin(β+θ₀)————————————————(1)f(t_a)＝μN(t_a)————————————————(3)G＝mg由上述公式(1)～(4)可求解出：a_x＝acosθ₀——————————————————————(8)v_x(0)＝v₀cosθ₀————————————————————(9)v_x(t_a)＝v_x(0)+a_xt_a—————————————————————(11)v_y(t_a)＝v_y(0)+a_yt_a————————————————————(12)对于翻滚过程：c)初始状态：平移过程的末状态；d)中间过程：f＝μN————————————————————————(16)几何约束条件:公式(19)等号两边对时间t进行2阶求导，可得：公式(13)～(18)代人上式(20)中，求得：A1＝2y'θ'sinθ+y(θ')²cosθ——————————————————(22)A2＝2x'θ'cosθ‑x(θ')²sinθ——————————————————(23)由于此问题是多体动力学问题，故多体动力学方程为：初始条件已知：t＝t₁，x＝x(t₁)，y＝y(t₁)，x'＝v_x＝v_x(t₁)，y'＝v_y＝v_y(t₁)，θ＝θ₀，θ'＝0；假定数组：则初始条件变为：带入4阶库塔算法Runge‑Kutta进行求解：运用Matlab函数：[T，u]＝ode15s(@spring，[t₁ t₁+fix(L/2/v₀)+1]，[x(t₁) v_x(t₁) y(t₁) v_y(t₁) θ₀ 0])；求解；e)末状态：N＝0————————————————————————(30)公式(29)、(30)代入翻滚过程中间过程动力学方程，取最小时刻为空投货物出舱结束时刻t₂，求出相应的N(t₂)、x(t₂)、v_x(t₂)、y(t₂)、v_y(t₂)、θ(t₂)、ω(t₂)、L_ap(t₂)的数值；式中：t——时间，s；x——空投货物重心X轴坐标，m；y——空投货物重心Y轴坐标，m；H——空投货物高度，m；L——空投货物长度，m；D——飞机转载滑轮外直径，m；θ——旋转角，即空投货物底面与X轴的夹角，rad；θ₀——飞机俯仰角，rad；β——牵引伞的拉力F与X轴的夹角，rad；ω——旋转角速度，rad/s；I_z——空投货物对其重心轴(Z轴)的转动惯量，kg·m²；L_AP——A点到P点的距离，A点为货物重心Q点垂向于货物底面的点，P点为货物底面与滑轮的接触点，m；L_CB——C点到B点的距离，C点为货物底面与货物前端面的交点，B点为货物重心Q点垂向于货物前端面的点，m；μ——空投货物与飞机地板摩擦系数；F——牵引伞的拉力，N；N——飞机地板对空投货物的支持力，N；N1——N在飞机地板面上的分力，N；N2——N在垂直飞机地板面上的分力，N；G——空投货物重力，N；m——空投货物重量，kg；g——空投重力加速度，m/s²；g₀——海平面处的重力加速度，g₀＝9.82m/s²；R——地球半径，R＝6370000m；h_kt——空投海拔高度，m；h——时间步长，s；v₀——空投货物出舱初速度，m/s；v_x——空投货物出舱X向速度，m/s；v_y——空投货物出舱Y向速度，m/s；步骤四：根据计算出的预定参数，拟合出出舱载荷曲线。