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相信各位群友對理論力學(xué)都不陌生，想當年大學(xué)時候這門課是我們機械專業(yè)學(xué)分最高的一門課，學(xué)起來超級吃力， 傳說也是最容易掛科的一門課。工作前兩年做非標設(shè)計，最多用了一些材料力學(xué)里面的知識，計算軸類、板類零件的彎矩扭矩值，通常也都是用有限元分析軟件算算。然后大部分時間都在使用機械設(shè)計手冊，查公差，螺釘，螺母，彈平墊等重復(fù)性的技術(shù)工作，因為產(chǎn)品大體類似，我就照葫蘆畫瓢跟著別人，別人怎么畫我也怎么畫，反正最后修修補補都裝上了，定位精度，重復(fù)定位精度也都通過檢測調(diào)整滿足使用要求了。但上一段工作中都從未涉及過理論力學(xué)里面的知識，可能也是上一份工作做得產(chǎn)品對質(zhì)量沒有特別苛刻的要求吧。 下面說我第二份工作，也是目前所從事的航天器結(jié)構(gòu)機構(gòu)設(shè)計，在這里工作更偏重研發(fā)，主要工作就是寫設(shè)計方案報告，偶爾也具體設(shè)計一些簡單的試驗工裝。在這份工作中，工作重點即在產(chǎn)生想法和創(chuàng)意，而不是之前具體按照別人的想法來畫圖外協(xié)投產(chǎn)加工了。在航天器設(shè)計過程中，至少要經(jīng)歷四個階段，分別是可行性論證階段、方案階段、初樣研制階段，正樣研制階段。其中，我主要負責(zé)可行性論證和方案階段的工作。針對客戶任務(wù)需求，開展多種載荷和平臺的初步設(shè)計優(yōu)選工作，判斷其難點和資源成本周期等等，進而進行初步設(shè)計，并完成原理樣機設(shè)計、制造和試驗工作。 啰里啰唆那么多，下面來講這篇文章重點，即理論力學(xué)在機械領(lǐng)域上的應(yīng)用。在這里，我們把航天器結(jié)構(gòu)機構(gòu)設(shè)計作為機械領(lǐng)域里面的一個分支。我主要針對日常工作中所接觸的航天器設(shè)計來展開描述。航天器顧名思義就是在外太空領(lǐng)域按照一定軌道繞行星飛行的飛行器。最近比較火的電影《流浪地球》里面的國際空間站就屬于航天器里面的一種低軌飛行器。一般按照軌道高度可將航天器分為低軌，中軌和高軌衛(wèi)星。這些衛(wèi)星在軌道上運行時是滿足牛頓定律的，即這些航天器要想脫離地球引力，必須達到第一宇宙速度(7.9Km/s)才能成為衛(wèi)星繞地球飛行。這也是為什么火箭發(fā)射速度那么大馬赫了，將是為了最終能將這些航天器推送到第一宇宙速度以上。那么問題來了，第一宇宙速度只是讓航天器成為繞地球飛行的低軌衛(wèi)星，那中高軌衛(wèi)星是怎么達到那么高軌道高度呢？ 這里分為兩種情況，第一種是火箭上面級直接將航天器推送到高軌高度，而且能達到相應(yīng)的宇宙速度；第二種情況是航天器靠自身軌道機動從低軌爬升到高軌。貌似越寫越偏，下面馬上回到正題，航天器在機動變軌時是滿足理論力學(xué)里面的動量定理的，在太空中沒有重力壞境下，外力作用基本為零，若想讓航天器產(chǎn)生變軌的速度，則通常采用將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為推力器的反向推力的機械能，這個時候?qū)σ粋�大質(zhì)量的剛體來說，其推力作用方向相對于整星質(zhì)心位置就非常重要。同時，航天器作為一個具有機動能力的飛行器，其常常會調(diào)整其自身姿態(tài)，那么對于一個剛體而言，其各軸轉(zhuǎn)動慣量值得大小直接決定了其自身調(diào)整姿態(tài)的難易程度。因此作為結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師需要對其飛行器自身結(jié)構(gòu)重量分布具有把控能力。 在航天器結(jié)構(gòu)機構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計到一些艙門閉合、太陽雙翼展開等動作，這些動作常常有是剛體平面運動分析里面的質(zhì)點運動分析，由此來計算整個機構(gòu)在運動過程中軌跡包絡(luò)，確保軌跡包絡(luò)運動范圍內(nèi)無設(shè)備物理遮擋等問題。 總而言之，在機械工程領(lǐng)域，尤其是機構(gòu)領(lǐng)域，理論力學(xué)中平面匯交力系、剛體平面運動，動量動能定理是解決機構(gòu)設(shè)計方案階段，機構(gòu)內(nèi)構(gòu)件受力情況，機構(gòu)各關(guān)節(jié)點運動情況的基礎(chǔ)和核心。
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發(fā)表于 2019-3-22 21:26:06
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