一种摇摆软管钢丝编织角度确定方法及装置与流程

本发明涉及火箭发动机，尤其涉及一种摇摆软管钢丝编织角度确定方法及装置。

背景技术：

1、随着美国spacex公司猎鹰九火箭的成熟复用，多机并联的可重复使用液体火箭技术已经成为一种发展趋势。该技术方案要求液体火箭发动机外廓尽量小，以便在同等空间内布置更多的发动机。泵后摆方案可以有效减小发动机摇摆空间，逐渐成为可重复使用火箭发动机的首选方案。

2、摇摆软管用于补偿发动机摇摆过程中产生的管路变形，泵后摆发动机摇摆软管通过弯曲来补偿管路变形，摇摆软管同时还需要承受介质内压产生的轴向力。泵后摆发动机摇摆软管主要有钢丝网套波纹管以及常平环波纹管两种方案，其中钢丝网套波纹管方案具备制造简单、成本低、尺寸小、质量轻等优点。普通金属软管的钢丝网套编织角一般取45°左右，目前发动机用钢丝网套摇摆软管一般沿用普通金属软管的经验。

3、但是，钢丝网套摇摆软管由钢丝网套承受介质内压产生的轴向力，发动机摇摆过程中，如果钢丝网套参数匹配不合适，会导致钢丝受力不均，降低钢丝网套的承载能力，增大发动机摇摆伺服负载力矩。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种摇摆软管钢丝编织角度确定方法及装置，在降低摇摆软管弯曲引起的发动机摇摆负载力矩的同时，提高钢丝网套摇摆软管钢丝受力均匀性，提高其承载能力，从而提高摇摆软管使用寿命。

2、依据本发明的第一个方面，提供了一种摇摆软管钢丝编织角度确定方法，应用于液体火箭发动机摇摆软管的钢丝网套上，所述方法包括：

3、获取摇摆软管的介质内压、钢丝分布圆直径、波纹管通径、钢丝直径、每根钢丝的钢丝初始长度、摇摆软管初始长度；

4、根据所述摇摆软管的介质内压、钢丝分布圆直径、波纹管通径、钢丝直径、每根钢丝的钢丝初始长度、摇摆软管初始长度，确定第一函数关系及第二函数关系，所述第一函数关系为钢丝承载后，伸长量最大的钢丝应力与钢丝盘绕角度的函数关系；所述第二函数关系为摇摆软管弯曲时产生的弯曲力矩与钢丝盘绕角度的函数关系；

5、根据所述第一函数关系及所述第二函数关系，确定目标钢丝盘绕角度，用以计算得到钢丝编织角度。

6、可选的，所述根据所述摇摆软管的介质内压、钢丝分布圆直径、波纹管通径、钢丝直径、每根钢丝的钢丝初始长度、摇摆软管初始长度，确定第一函数关系及第二函数关系，包括：

7、在摇摆软管弯曲后，确定每根钢丝的钢丝弯曲长度；

8、根据所述钢丝分布圆直径、波纹管通径、钢丝直径，确定得到波纹管当量直径；

9、根据所述波纹管当量直径、介质内压、钢丝初始长度、钢丝直径、钢丝弯曲长度、摇摆软管初始长度，确定得到摇摆软管的伸长量与所述钢丝盘绕角度的第一映射关系；

10、根据所述第一映射关系、钢丝弯曲长度，确定得到承载钢丝的钢丝承载长度与所述钢丝盘绕角度的第二映射关系；

11、根据所述第二映射关系、所述钢丝初始长度，确定得到所有钢丝的等效伸长量与所述钢丝盘绕角度的第三映射关系；

12、根据所述第二映射关系、所述第三映射关系及所述波纹管当量直径，确定得到第一函数关系；

13、根据所述介质内压、所述波纹管当量直径、所述钢丝初始长度、所述第一映射关系、所述第二映射关系及所述映射关系，确定得到第二函数关系。

14、可选的，所述根据所述钢丝分布圆直径、波纹管通径、钢丝直径，确定得到波纹管当量直径，包括：

15、根据所述钢丝分布圆直径、波纹管通径、钢丝直径，通过以下公式，确定得到波纹管当量直径：

16、

17、其中，ddl为波纹管当量直径，d为钢丝分布圆直径，d为波纹管通径、dgs为钢丝直径。

18、可选的，所述根据所述波纹管当量直径、介质内压、钢丝初始长度、钢丝直径、钢丝弯曲长度、摇摆软管初始长度，确定得到摇摆软管的伸长量与所述钢丝盘绕角度的第一映射关系，包括：

19、根据所述波纹管当量直径、介质内压、钢丝初始长度、钢丝直径、钢丝弯曲长度、摇摆软管初始长度，通过以下公式，确定得到摇摆软管的伸长量与所述钢丝盘绕角度的第一映射关系：

20、

21、γ＝atan(βd/2l)

22、其中，δl为摇摆软管的伸长量，f为单层钢丝承受的轴向载荷，l0为钢丝初始长度，n为单层钢丝的钢丝根数，e为材料弹性系数、dgs为钢丝直径，lw，i为钢丝弯曲长度、γ为钢丝编织角度，β为钢丝盘绕角度，d为钢丝分布圆直径，l为摇摆软管初始长度。

23、可选的，所述根据所述第一映射关系、钢丝弯曲长度，确定得到承载钢丝的钢丝承载长度与所述钢丝盘绕角度的第二映射关系，包括：

24、根据所述第一映射关系、钢丝弯曲长度，通过以下公式，确定得到承载钢丝的承载长度与所述钢丝盘绕角度的第二映射关系，包括：

25、lg,i＝lw,i+δl

26、其中，lg,i为钢丝承载长度，lw，i为钢丝弯曲长度，δl为摇摆软管的伸长量。

27、可选的，所述根据所述第二映射关系、所述钢丝初始长度，确定得到所有钢丝的等效伸长量与所述钢丝盘绕角度的第三映射关系，包括：

28、根据所述第二映射关系、所述钢丝初始长度，通过以下公式，确定得到所有钢丝的等效伸长量与所述钢丝盘绕角度的第三映射关系：

29、

30、其中，δldx为所有钢丝的等效伸长量，lg,i为承载钢丝的钢丝承载长度，l0为钢丝初始长度，n为单层钢丝的钢丝根数。

31、可选的，所述根据所述第二映射关系、所述第三映射关系及所述波纹管当量直径，确定得到伸长量最大的钢丝应力与钢丝盘绕角度的第一函数关系，包括：

32、根据所述第二映射关系、所述第三映射关系及所述波纹管当量直径，通过以下公式，确定得到伸长量最大的钢丝应力与钢丝盘绕角度的第一函数关系，包括：

33、

34、

35、

36、γ＝atan(βd/2l)

37、其中，σgs,max为伸长量最大的钢丝应力，fgs,max为伸长量最大的钢丝承受的拉力，fz,max为伸长量最大的钢丝承受的摇摆软管轴向拉力，δldx为所有钢丝的等效伸长量，δl为摇摆软管的伸长量，f为单层钢丝承受的轴向载荷，γ为钢丝编织角度，dgs为钢丝直径，β为钢丝盘绕角度，d为钢丝分布圆直径，l为摇摆软管初始长度。

38、可选的，所述根据所述介质内压、所述波纹管当量直径、所述钢丝初始长度、所述第一映射关系、所述第二映射关系及所述映射关系，确定得到第二函数关系，包括：

39、根据所述介质内压、所述波纹管当量直径、所述钢丝初始长度、所述第一映射关系、所述第二映射关系及所述映射关系，通过以下公式，确定得到第二函数关系：

40、γ＝atan(βd/2l)

41、

42、其中，m为弯曲力矩，f为单层钢丝承受的轴向载荷，δl为摇摆软管的伸长量，δldx为所有钢丝的等效伸长量，d为钢丝分布圆直径，β为钢丝盘绕角度，γ为钢丝编织角度，θi为第i条钢丝的初始相位角，l为摇摆软管初始长度，lg,i为钢丝承载长度，l0为钢丝初始长度，n为单层钢丝的钢丝根数。

43、依据本发明的第二个方面，提供一种摇摆软管钢丝编织角度确定装置，包括：

44、数据获取模块，用于获取摇摆软管的介质内压、钢丝分布圆直径、波纹管通径、钢丝直径、每根钢丝的钢丝初始长度、摇摆软管初始长度；

45、函数确定模块，用于根据所述摇摆软管的介质内压、钢丝分布圆直径、波纹管通径、钢丝直径、每根钢丝的钢丝初始长度、摇摆软管初始长度，确定第一函数关系及第二函数关系，所述第一函数关系为钢丝承载后，伸长量最大的钢丝应力与钢丝盘绕角度的函数关系；所述第二函数关系为摇摆软管弯曲时产生的弯曲力矩与钢丝盘绕角度的函数关系；

46、编织角度确定模块，用于根据所述第一函数关系及所述第二函数关系，确定目标钢丝盘绕角度，用以计算得到钢丝编织角度。

47、依据本发明的第三个方面，提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现前述的摇摆软管钢丝编织角度确定方法。

48、本说明书实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：

49、本说明书实施例提供的一种摇摆软管钢丝编织角度确定方法及装置，通过获取摇摆软管的介质内压、钢丝分布圆直径、波纹管通径、钢丝直径、每根钢丝的钢丝初始长度、摇摆软管初始长度；然后根据所述摇摆软管的介质内压、钢丝分布圆直径、波纹管通径、钢丝直径、每根钢丝的钢丝初始长度、摇摆软管初始长度，确定第一函数关系及第二函数关系，所述第一函数关系为钢丝承载后，伸长量最大的钢丝应力与钢丝盘绕角度的函数关系；所述第二函数关系为摇摆软管弯曲时产生的弯曲力矩与钢丝盘绕角度的函数关系；之后根据所述第一函数关系及所述第二函数关系，确定目标钢丝盘绕角度，用以计算得到钢丝编织角度。如此，在降低摇摆软管弯曲引起的发动机摇摆负载力矩的同时，提高钢丝网套摇摆软管钢丝受力均匀性，提高其承载能力，从而提高摇摆软管使用寿命。

50、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。