(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211062689.1 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 中国航发四川燃气涡轮 研究院 地址 610500 四川省成 都市新都区新都学 府路999号 (72)发明人 徐庆锋　冯娇　王恒　郭冬娥　 赵春梅　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 林政 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 矢量喷管运动机构载荷计算的方法 (57)摘要 本发明公开的矢量喷管运动机构载荷计算 的方法， 为矢量喷管运动机构载荷设计提供了行 之有效的解决途径。 获取燃气 的气动力参数、 调 节作动筒的工作参数和调节片与燃气的接触面， 以确定调节片所受到的矢量力； 确定矢量喷管运 动机构中各个铰接点的坐标位置， 在有限元软件 中根据坐标位置建立载荷模型； 在调节作动筒达 到多个不同预设位置时， 在每个预设位置确定所 有连杆在世界坐标系下的坐标， 并确定所有 连杆 在不同预设位置时且在世界坐标系下的相对偏 角； 建立二元矢量喷管中的刚度矩阵方程， 刚度 矩阵方程施加零位移约束， 确定矢量喷管的有限 元力学模型； 将矢量力带入有限元力学模型中确 定矢量喷管运动机构中各个 铰接点的集中力。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115495949 A 2022.12.20 CN 115495949 A 1.一种矢量喷管运动机构载荷计算的方法， 至少适用于航空发动机矢量喷管运动机 构， 矢量喷管运动机构包括由调节作动筒驱动的非承力机构和相互铰接传动的多个连杆， 所述连杆用以调节相互连接的调节片， 且所述调节片还承载燃气的压力， 其特征在于， 所述 方法包括： 获取燃气的气动力参数、 调节作动筒的工作参数和调节片与燃气的接触面， 所述气动 力至少包括压力、 温度和流速， 以确定调节片所受到的矢量力； 确定矢量喷管运动机构中各个铰接点的坐标位置， 所述矢量喷管在有限元软件中根据 所述坐标位置建立载荷模型； 在调节作动筒达到多个不同预设位置时， 在每个预设位置确定所有连杆在世界坐标系 下的坐标， 并确定所有连 杆在不同预设位置时且在世界坐标系下的相对偏角； 建立二元矢量喷管中的刚度矩阵方程， 所述刚度矩阵方程施加零位移约束， 确定矢量 喷管的有限元力学模型； 将所述矢量力带入所述有限元力学模型中确定矢量喷管运动机构中各个铰接点的集 中力。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 确定调节片所受到的矢量力的方法包括： 所述调节作动筒的工作参数和气动力参数根据气动力参数表， 且通过插值确定调节片 所受到的矢量力。 3.根据权利要求1所述的方法， 调节作动筒驱动以铰接的方式进行安装， 其特征在于， 所述矢量喷管为 二元矢量喷管或轴对称矢量喷管。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 建立二元矢量喷管中的刚度矩阵方程的方 法还包括： 确定所有连杆和铰接点做工方向上的自由度， 且载荷不存在的方向的自由度进行释 放。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 有限元法描述的代数方程满足:{F}＝[K] {u}， 其中： {F}为节点力矢量 {u}为节点 位移矢量 [K]为整体刚度矩阵。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115495949 A 2矢量喷管运动机构载荷计算的方 法 技术领域 [0001]本发明航空发动机矢量喷管运动机构载荷设计的技术领域， 尤其涉及 一种矢量喷 管运动机构载荷计算的方法。 背景技术 [0002]矢量喷管运动机构载荷计算是对其零、 组件强度设计及寿命分析的重要原始条 件， 载荷计算分析的准确性直接影响矢量喷管的耐久性和可靠性。 因此， 对矢量喷管复杂运 动机构进行 载荷分析， 显得 尤为重要。 [0003]建立矢量喷管运动机构载荷分析模型的方法主要有三种： (1)解析法， 解析法是对 喷管运动机构的每一个零组件均建立力学方程组进行求解， 建立这类模型通常需要耗费大 量的时间， 对于调节片的受力分析还需要建立积分方程； (2)动力学仿真法， 该方法是采用 多体动力学软件建立喷管运动机构的刚体动力学模型， 基于多刚体动力学理论获得运动调 节机构的受载和传力特性。 该方法需要对动力学模型进行不断的修改和完善， 才能得出较 为合理的载荷计算结果。 (3)数值仿真法， 该方法是采用有限元法， 建立矢量喷管运动机构 的载荷分析模型， 可在不降低计算精度的同时缩短计算时间。 [0004]本发明基于数值仿真分析方法， 对矢量喷管复杂运动机构进行合理简化， 建立刚 体梁单元载荷分析模型， 利用自由度耦合功 能实现了载荷的传递， 得到矢量喷管运动机构 的载荷分布。 发明内容 [0005]有鉴于此， 本发明提供一种矢量喷管运动机构载荷计算的方法， 针对矢量喷管复 杂的空间多自由度运动机构， 难以用解析法分析 的特点， 为矢量喷管运动机构载荷设计提 供了行之有效的解决途径。 [0006]提供一种矢量喷管运动机构 载荷计算的方法， 至少适用于航空发动机矢量喷管运 动机构， 矢量喷管运动机构包括由调节作动筒驱动的非承力机构和相互铰接传动的多个连 杆， 所述连杆用以调节相互连接的调节片， 且所述调节片还承载燃气的压力， 所述方法包 括： [0007]获取燃气的气动力参数、 调节作动筒的工作参数和调节片与燃气的接触面， 所述 气动力至少包括压力、 温度和流速， 以确定调节片所受到的矢量力； [0008]确定矢量喷管运动机构中各个铰接点的坐标位置， 所述矢量喷管在有限元软件中 根据所述 坐标位置建立载荷模型； [0009]在调节作动筒达到多个不同预设位置时， 在每个预设位置确定所有连杆在世界坐 标系下的坐标， 并确定所有连 杆在不同预设位置时且在世界坐标系下的相对偏角； [0010]建立二元矢量喷管中的刚度矩阵方程， 所述刚度矩阵方程施加零位移约束， 确定 矢量喷管的有限元力学模型； [0011]将所述矢量力带入所述有限元力学模型中确定矢量喷管运动机构中各个铰接点说　明　书 1/4 页 3 CN 115495949 A 3