|
相信各位群友对理论力学都不陌生，想当年大学时候这门课是我们机械专业学分最高的一门课，学起来超级吃力， 传说也是最容易挂科的一门课。工作前两年做非标设计，最多用了一些材料力学里面的知识，计算轴类、板类零件的弯矩扭矩值，通常也都是用有限元分析软件算算。然后大部分时间都在使用机械设计手册，查公差，螺钉，螺母，弹平垫等重复性的技术工作，因为产品大体类似，我就照葫芦画瓢跟着别人，别人怎么画我也怎么画，反正最后修修补补都装上了，定位精度，重复定位精度也都通过检测调整满足使用要求了。但上一段工作中都从未涉及过理论力学里面的知识，可能也是上一份工作做得产品对质量没有特别苛刻的要求吧。 下面说我第二份工作，也是目前所从事的航天器结构机构设计，在这里工作更偏重研发，主要工作就是写设计方案报告，偶尔也具体设计一些简单的试验工装。在这份工作中，工作重点即在产生想法和创意，而不是之前具体按照别人的想法来画图外协投产加工了。在航天器设计过程中，至少要经历四个阶段，分别是可行性论证阶段、方案阶段、初样研制阶段，正样研制阶段。其中，我主要负责可行性论证和方案阶段的工作。针对客户任务需求，开展多种载荷和平台的初步设计优选工作，判断其难点和资源成本周期等等，进而进行初步设计，并完成原理样机设计、制造和试验工作。 啰里啰唆那么多，下面来讲这篇文章重点，即理论力学在机械领域上的应用。在这里，我们把航天器结构机构设计作为机械领域里面的一个分支。我主要针对日常工作中所接触的航天器设计来展开描述。航天器顾名思义就是在外太空领域按照一定轨道绕行星飞行的飞行器。最近比较火的电影《流浪地球》里面的国际空间站就属于航天器里面的一种低轨飞行器。一般按照轨道高度可将航天器分为低轨，中轨和高轨卫星。这些卫星在轨道上运行时是满足牛顿定律的，即这些航天器要想脱离地球引力，必须达到第一宇宙速度(7.9Km/s)才能成为卫星绕地球飞行。这也是为什么火箭发射速度那么大马赫了，将是为了最终能将这些航天器推送到第一宇宙速度以上。那么问题来了，第一宇宙速度只是让航天器成为绕地球飞行的低轨卫星，那中高轨卫星是怎么达到那么高轨道高度呢？ 这里分为两种情况，第一种是火箭上面级直接将航天器推送到高轨高度，而且能达到相应的宇宙速度；第二种情况是航天器靠自身轨道机动从低轨爬升到高轨。貌似越写越偏，下面马上回到正题，航天器在机动变轨时是满足理论力学里面的动量定理的，在太空中没有重力坏境下，外力作用基本为零，若想让航天器产生变轨的速度，则通常采用将化学能转化为推力器的反向推力的机械能，这个时候对一个大质量的刚体来说，其推力作用方向相对于整星质心位置就非常重要。同时，航天器作为一个具有机动能力的飞行器，其常常会调整其自身姿态，那么对于一个刚体而言，其各轴转动惯量值得大小直接决定了其自身调整姿态的难易程度。因此作为结构设计工程师需要对其飞行器自身结构重量分布具有把控能力。 在航天器结构机构设计过程中，设计到一些舱门闭合、太阳双翼展开等动作，这些动作常常有是刚体平面运动分析里面的质点运动分析，由此来计算整个机构在运动过程中轨迹包络，确保轨迹包络运动范围内无设备物理遮挡等问题。 总而言之，在机械工程领域，尤其是机构领域，理论力学中平面汇交力系、刚体平面运动，动量动能定理是解决机构设计方案阶段，机构内构件受力情况，机构各关节点运动情况的基础和核心。 & E- ]3 Y$ I) f& b1 M9 {0 C4 l# a
| 
发表于 2019-3-22 21:26:06
