[发明专利]基于三维数字样机的运载火箭总体原始数据计算平台

说明书

基于三维数字样机的运载火箭总体原始数据计算平台，包括基础构件库、三维建模模块、质量特性设置模块和质量特性计算模块。基础构件库包括各型火箭的基础部件；三维建模模块从基础构件库中选择需要的基础部件，结合贮箱推进剂加注量，通过实例化和参数调整后装配形成部段或全箭三维数字样机；质量特性设置模块根据部段或全箭结构信息，完成部段或全箭三维数字样机质量特性的参数化设置；质量特性计算模块完成部段或全箭三维数字样机质量、转动惯量、质心和推进剂液位高度的计算分析。本发明实现了基于三维数字样机的运载火箭分站质量的自动统计，大幅提升了运载火箭各种状态的质量特性计算效率，提高了运载火箭总体原始数据计算的数据可追溯性。

技术领域

本发明涉及基于三维数字样机的运载火箭总体原始数据计算平台，属于航天运输器总体设计领域。

背景技术

运载火箭的总体原始数据计算是运载火箭研制的一项重要工作，是全箭开展设计研制工作的前提和基础，其中总体原始数据中的飞行状态的质量、质心、转动惯量和推进剂液位高度等参数是开展运载火箭弹道设计、制导和姿控设计、增压计算等的重要基础；运输状态的质量、质心等参数是开展吊具设计、地面支撑工装设计的重要依据；运载火箭的质量分占信息是进行动特性分析、载荷计算的重要输入等等。

常规的运载火箭总体原始数据的计算工作的流程是：首先结合全箭结构部段设计情况，完成运载火箭质量分站站点的设计；然后按系统对箭上产品的布局以及重量进行统计，结合站点的分布情况，完成全箭的质量分站；最后再利用相关软件完成全箭飞行状态以及各种运输和吊装状态的质量特性的计算。该方法存在的主要问题是，针对不同的状态，由于产品组成不同，如飞行状态和运输状态，需要针对不同的状态分别开展质量分站统计，重复性工作多、效率低，并且对分站信息的形成过程未进行有效记录、可追溯性差，当某个设备或部段的质量特性发生变化时，需要重新统计全部产品的质量特性，重新进行分站。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，基于三维数字样机的运载火箭总体原始数据计算平台。

本发明的技术解决方案是：

基于三维数字样机的运载火箭总体原始数据计算平台，包括基础构件库、三维建模模块、质量特性设置模块和质量特性计算模块；

基础构件库：包括各型运载火箭的基础部件，所述基础部件为模板形式，能够根据需要进行实例化和参数调整；

三维建模模块：从基础构件库中选择需要的基础部件，结合贮箱推进剂加注量，通过实例化和参数调整后装配形成部段或全箭三维数字样机；

质量特性设置模块：根据部段或全箭结构信息，完成部段或全箭三维数字样机质量特性的参数化设置；

质量特性计算模块：完成部段或全箭三维数字样机质量、转动惯量、质心和推进剂液位高度的计算分析。

基础构件库集成了创建运载火箭部段或全箭三维数字样机所需要的共性、通用基础部件，涉及贮箱类、头锥类、舱段类、发动机类、翼面类、特殊类六大类，以模板形式存储。

三维建模模块具备两种应用模式，第一种模式为基于各类基础部件，通过参数调整，逐步完成部段或全箭三维数字样机的建模；另一种模式为基于第一种模式已实例化的部件，通过“模块重用”的方式快速完成部段或全箭三维数字样机的建模。

质量特性设置模块具备两种参数化设置的模式：

模式1：依据结构参数信息，采取计算密度或计算质量方法进行结构质量分布设置，依据贮箱推进剂不可用量，直接完成推进剂的质量分布设置；

模式2：给定约束条件，自动完成不同部段结构的质量分布设置和推进剂的质量分布设置。

质量特性计算模块具备自顶向下的快速质量分配和自底向上的详细质量计算两种功能。

自顶向下快速质量分配模式实现方式如下：