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相信各位群友對理論力學都不陌生，想當年大學時候這門課是我們機械專業(yè)學分最高的一門課，學起來超級吃力， 傳說也是最容易掛科的一門課。工作前兩年做非標設計，最多用了一些材料力學里面的知識，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計手冊，查公差，螺釘，螺母，彈平墊等重復性的技術工作，因為產品大體類似，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，重復定位精度也都通過檢測調整滿足使用要求了。但上一段工作中都從未涉及過理論力學里面的知識，可能也是上一份工作做得產品對質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構機構設計，在這里工作更偏重研發(fā)，主要工作就是寫設計方案報告，偶爾也具體設計一些簡單的試驗工裝。在這份工作中，工作重點即在產生想法和創(chuàng)意，而不是之前具體按照別人的想法來畫圖外協(xié)投產加工了。在航天器設計過程中，至少要經歷四個階段，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，我主要負責可行性論證和方案階段的工作。針對客戶任務需求，開展多種載荷和平臺的初步設計優(yōu)選工作，判斷其難點和資源成本周期等等，進而進行初步設計，并完成原理樣機設計、制造和試驗工作。 啰里啰唆那么多，下面來講這篇文章重點，即理論力學在機械領域上的應用。在這里，我們把航天器結構機構設計作為機械領域里面的一個分支。我主要針對日常工作中所接觸的航天器設計來展開描述。航天器顧名思義就是在外太空領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，若想讓航天器產生變軌的速度，則通常采用將化學能轉化為推力器的反向推力的機械能，這個時候對一個大質量的剛體來說，其推力作用方向相對于整星質心位置就非常重要。同時，航天器作為一個具有機動能力的飛行器，其常常會調整其自身姿態(tài)，那么對于一個剛體而言，其各軸轉動慣量值得大小直接決定了其自身調整姿態(tài)的難易程度。因此作為結構設計工程師需要對其飛行器自身結構重量分布具有把控能力。 在航天器結構機構設計過程中，設計到一些艙門閉合、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點運動分析，由此來計算整個機構在運動過程中軌跡包絡，確保軌跡包絡運動范圍內無設備物理遮擋等問題。 總而言之，在機械工程領域，尤其是機構領域，理論力學中平面匯交力系、剛體平面運動，動量動能定理是解決機構設計方案階段，機構內構件受力情況，機構各關節(jié)點運動情況的基礎和核心。
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發(fā)表于 2019-3-22 21:26:06
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