[发明专利]基于极限危险面网格布撒的两体分离碰撞检测方法

说明书

本发明提供了一种基于极限危险面网格布撒的两体分离碰撞检测方法，首先，基于两个分离体几何模型和可能的运动特性，确定两个分离体分离过程中可能发生碰撞的危险面；其次，在危险面分析的基础上选择尺寸规则的极限危险面，对其中一个分离体的极限危险面进行网格划分，并以网格上经纬线交点作为特征点形成危险点数据库，对另一个分离体的极限危险面建立特征函数模型；最后，在线判断危险点数据库中的每个危险点与另一分离体极限危险面特征函数模型的位置关系，最终实现碰撞检测。本发明对两体分离过程中的碰撞情况进行实时检测，给出两体分离安全性的评估结论，同时本方法具有方法简单、易编程实现、检测结论可靠、可在线检测的特点。

技术领域

本发明涉及所有存在两体分离碰撞检测的工程应用技术领域，包括导弹总体设计、武器系统设计、运载火箭总体设计等航空航天领域以及民用领域，如级间分离碰撞检测、整流罩分离碰撞检测、机弹分离碰撞检测等，尤其涉及到基于极限危险面网格布撒的两体分离碰撞检测方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展，导弹、运载火箭等飞行器的组成及外形越来越复杂，其中一个重要特征就是在飞行器的飞行过程中需要完成至少一个分离过程。存在分离过程的工况，可以是导弹为了增加射程而增加助推器，在助推器工作结束后为减少消极质量进行级间分离以抛掉助推器；可以是存在进气道的导弹增加整流罩，在吸气式发动机点火前保护进气道和保证气动外形规则，助推结束后抛掉整流罩以实现进气道工作和吸气式发动机点火；也可以是载机发射导弹时的机弹分离。在方案论证及试验阶段，分离过程的安全性分析显得尤为重要。

目前已有的安全评估方法通常是采用ADAMS等商业软件建立三维模型或者采用基于CFD的动网格分离计算方法。前者存在动力学模型开发难度大，通常采用动力学仿真软件的输出作为输入，驱动三维模型进行分析；后者存在网格设计难度大、计算量庞大的问题。两种评估方法评估周期均较长，难以满足方案论证和试验阶段的迭代评估需求。

发明内容

针对目前现有技术中评估方法的不足，本发明提出一种基于极限危险面网格布撒的两体分离碰撞检测方法，通过构建极限危险面从而极大的减少计算量和系统复杂度；通过分析危险点数据库中危险点和危险面的关系给出安全性结论。该方法便于编程实现，从而满足大量安全性分析的需求。

本发明是根据以下技术方案实现的：

一种基于极限危险面网格布撒的两体分离碰撞检测方法，基于两个分离体的几何模型和可能的运动特性，确定两个分离体分离过程中会发生碰撞的危险面，以此为基础选择尺寸规则的极限危险面，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：确定两个分离体的极限危险面，代替原有几何外形用于开展碰撞检测；

步骤S2：对其中一个分离体A的极限危险面布撒网格，以网格上经纬线交点作为碰撞检测点形成危险点数据库，对另一个分离体B的极限危险面建立特征函数模型，确立点面位置关系；

步骤S3：对分离体A的每个碰撞检测点开展与分离体B极限危险面的碰撞检测，综合所有检测结果给出两个分离体的碰撞检测情况。

更进一步地，步骤S1具体包括：

步骤S101：对两个分离体的几何外形进行分析，结合可能的运动过程，确定可能发生碰撞的危险面；

步骤S102：对两个分离体的危险面进行几何形状规则化，根据贴近危险面边界建立几何形状规则的新危险面的原则，确定几何尺寸规则且更危险的极限危险面，建立数学模型并替代原危险面参与碰撞检测。

更进一步地，步骤S2具体包括：

步骤S201：依据危险面几何曲率变化大导致局部网格密的原则，对其中一个分离体A的极限危险面布撒网格，在表征危险面几何曲率变化平缓的部位的同时，对部分凸起部位的特征也进行描述，最终得到网格经纬线交点在分离体A弹体坐标系内的数学表示，形成危险点数据库；