囊式充液贮箱晃动特性的试验研究

基于气动悬浮技术,对囊式充液贮箱的晃动特性开展试验研究。首先通过无囊状态的贮箱晃动试验证明了试验系统的可靠性,然后对有囊状态的贮箱进行了三种充液比、三个方向的晃动试验,并且对增压和不增压两种状态的试验结果进行了对比。经试验验证,由于囊的约束作用,液体晃动被抑制,且囊外增压对晃动特性没有影响。该试验结论对航天和航空飞行器及其他工程领域的燃油输送设计、充液容器设计等具有一定的参考意义。     

航天器液体晃动动力学的研究方法概述

液体晃动是一个在充液航天器总体设计中必须考虑的问题，本文概要地介绍了研究液体晃动问题的理论分析与试验方法，着重介绍了几种模拟液体大幅晃动的数值仿真方法。     

推进剂贮箱液体晃动的仿真研究与验证

应用CFD软件进行了三维液体晃动仿真计算,得出了全部等效动力学模型参数,仿真结果与解析公式或试验结果符合得很好.还通过仿真计算进行了地面试验的相似准则分析,证明CFD对液体晃动仿真研究是可行的.通过仿真分析,可以获取异形贮箱的晃动特性,辅助和指导地面缩比模型晃动试验的进行.     

三轴充液航天器建模及姿态稳定控制

针对目前文献中采用的充液航天器模型多为二维平面模型,而实际中充液航天器在轨运行环境为三维环境的情况,对一类贮箱关于航天器中心轴对称的三维面充液航天器进行了动力学建模与姿态控制研究,使其更具有实际意义。首先,根据航天器在轨运行的环境建立了参考坐标系,采用单摆模型等效液体燃料的晃动。在此基础上采用角动量守恒定律建立了充液航天器各个部分对其质心的惯性力矩,并将其与充液航天器动能方程推导得出的拉格朗日方程相结合,得出完整的动力学方程,完成了建模工作,并分析得出该欠驱动系统零动态不稳定的结论。最后,考虑航天器刚体部分常值转动惯量存在参数不精确,同时三轴力矩发生常值干扰的情况,设计了滑模控制器,保证了充液航天器在轨道坐标系上的姿态稳定。     

贮箱内液体晃动特性及其力学参数的识别问题

本文研究贮箱内液体晃动的动力学特性及其力学参数的识别问题。首先,以平底圆柱形容器为研究对象进行晃动试验,给出了液体小幅晃动力学特性的一些定性观察结果。然后,建立了晃动液体和运动容器耦合振动的力学模型,通过实测容器作自由衰减运动时的位移信号,分别采用Ibrahim法和广义最小二乘修改的偏差校正法识别液体与容器耦合振动的动力学特性,识别结果与理论分析结果是一致的。根据识别结果,可反推出液体一阶晃动等效动力模型的力学参数,从而为确定复杂流固耦合结构的动力学特性及复杂形状贮箱中液体晃动等效动力模型的力学参数探讨了一种新的有效方法。     

横向环形防晃板对液体晃动特性的影响

液体推进剂的晃动特性对大型液体运载火箭以及战略弹道导弹的飞行动力稳定性有着很大的影响。为了使战略弹道导弹和航天运载器具有良好的飞行稳定性，就必须提高其内部液体推进剂的晃动阻尼，抑制液体的晃动，从而达到动力稳定的设计要求。常用的增加液体晃动阻尼的措施是在推进剂储箱内安装防晃挡板。横向环形挡板是一种常用的防晃挡板。本文对它的防晃特性进行了初步的分析，得到了一些有益的结论。     

取代液体对运载火箭试验动特性的影响

本文首先论述了目前解决液固耦合振动的几种主要的数值方法,分析了各种方法的优点与不足。其中建立液体单元,从而构造比较协调的液固组合单元的方法,是解决液固耦合效应十分有效可取的方法。文中详细推导了三维等参液体单元的特性矩阵公式及其有限元静、动力平衡方程。利用三维等参液体元和固体壳元的组合有限元模型对某箭第三级共底双贮箱进行了有限元分析计算,求得了真实液体燃料和试验取代液体对频率、振型及振型斜率的影响。最后得出结论:完全可以用取代液体代替真实液体燃料进行动特性试验,得到的振型和斜率是可信的。     

液体晃动非线性阻尼的描述方法

采用等效线性化手段研究了液体晃动非线性阻尼特性的描述方法，给出了自由衰减响应的对数衰减率与非线性阻尼比之间的关系，提出了通过自由衰减响应确定非线性阻尼特性参数的两种方法。计算表明，两种方法所得到的结果可以满足工程应用所要求的精度。     

液体在具有下凹型共底贮箱内的晃动特性试验研究

一、引言在大型多级液体火箭中,其第二、三级往往采用共底贮箱的结构形式。这样,贮箱内的液体晃动特性与箱底形状有着更密切关系。对具有椭球型箱底的贮箱,可参照[1]的研究结果,等效成液体的自由液面及体积相同的直圆柱平底贮箱来计算液体晃动频率等参数。对于上凸型共底贮箱,在液面为圆环形部分,可参照[2]的方法,把它等效成同样体积及同样自由液面的圆环形平底贮箱。对于下凹型共底贮箱,在液面为圆环形部分,由于贮箱内的液体运动不像上凸型共底那样,明显地受到共底的限制,因而不能直接引用[1,2]的结果。本文用试验研究方法,观察了下凹型共底贮箱内的液体运动特点,测定了液体晃动的一阶固有频率和相应的阻尼值。试验研     

火箭液体推进剂防晃实验研究

运载火箭的贮箱中的液体推进剂晃动所引起的动力不稳定性是运载火箭设计中的重要问题,利用防晃挡板抑制液体晃动是克服动力不稳定性的有效手段。本文用实验方法研究了半圆形和环形防晃挡板的防晃阻尼效果,给出了不同的挡板尺寸和间距情况下的液体晃动阻尼和液位的关系,其结果可供型号设计使用。文中还研究了防晃挡板的柔性等因素对晃动阻尼的影响。     

液体晃动试验数据处理方法的改进

本文在液体晃动等效力学模型的频响函数拟合方法的基础上，给出了一种改进的液体晃动试验采集和数据处理方法，如两参数识别和单参数识别。应用本文的方法，可以有效地提高试验效率，精度也满足工程的要求。     

SPH方法在层裂损伤模拟中的应用

采用光滑粒子流体动力学方法和Johnson—Cook拉伸累积损伤破坏模型,分别对工业纯铁和无氧铜两种材料的平面碰撞问题作了数值模拟。给出了靶板层裂损伤的二维数值模拟结果。通过对比自由面速度曲线的计算结果和实验数据,二者吻合的很好,验证了SPH方法层裂破坏问题数值模拟的有效性。通过分析由不同拉伸损伤时间常数得到的自由面速度曲线,表明拉伸损伤时间常数对计算结果有重要影响。     

俯仰运动矩形贮箱中液体的非线性晃动

首先针对俯仰运动贮箱中液体的晃动提出了变分原理和新一类Lagrange函数,以此为基础可以解析方式来研究俯仰运动贮箱中液体有限幅值晃动。以无挡板开口二维、刚性短形贮箱为例,研究了其中液体的有限幅值晃动。单就液体波动幅值而言,在一定激励频率范围内,理论计算值与实验结果具有很好的一致性。     

非线性参数识别的相关积分方法及其应用

使用相关积分方法解决单自由度非线性系统的参数识别问题。利用相关积分方法的滤波特性可以有效地抑制测量信号中的噪声影响，提高参数估计的精度。同时可以分别建立非线性阻尼和刚度参数的线性识别方程．实现两类参数的分离识别，有利于弱非性项的参数估计。将这一方法用于贮箱内液体晃动等效力学模型参数的试验确定问题，解决了由于采用防晃装置而产生的非线性晃动阻尼的参数识别问题。     

采用CARS试验技术与UFPV数值方法研究航空发动机燃烧室

在自主开发的软件平台上,采用基于URANS的方法计算航空发动机燃烧室的三维两相燃烧流动,考虑了液态燃油从液膜-液滴-燃气-燃烧的完整物理化学过程。其中,颗粒相采用LISA一次破碎模型,KH-RT二次破碎模型和标准的蒸发模型,湍流燃烧模型采用可以考虑非稳态燃烧特性的非稳态火焰面/反应进度变量方法,得到了航空发动机燃烧室中温度、组分浓度和燃油液滴的颗粒直径分布规律。同时,采用CARS光学手段测量燃烧室主燃区的温度分布,并将数值计算结果与光学试验测量值进行比较,数值计算结果和试验值吻合较好,数值计算误差小于7.3%。说明了本文的数值计算方法和UFPV方法在计算航空发动机燃烧室的两相燃烧流动时具有较高的精度。     

Effective Thermal Conductivity for 3D Five-Directional Braided Composites Based on Microstructural Analysis

A method for predicting effective thermal conductivities(ETCs) of three-dimensional five-directional(3D5D) braided composites is presented. The effective thermal conductivity prediction method contains a digital image processing technology. Multiple scanning electron microscopy(SEM)images of composites are analyzed to obtain actual microstructural features. These actual microstructural features of 3D5D braided composites are introduced into representative volume element(RVE) modeling. Apart from applying actual microstructural features,compression effects between yarns are considered in the modeling of RVE,making the RVE more realistic. Therefore,the ETC prediction method establishes a representative unit cell model that better reflects the true microstructural characteristics of the 3D5D braided composites. The ETCs are predicted with the finite element method. Then thermal conductivity measurements are carried out for a 3D5D braided composite sample.By comparing the predicted ETC with the measured thermal conductivity, the whole process of the ETC prediction method is proved to be effective and accurate,where a relative error of only 2.9 % is obtained.Furthermore,the effects of microstructural features are investigated,indicating that increasing interior braiding angles and fiber fill factor can lead to higher transverse ETCs. Longitudinal ETCs decrease with increasing interior braiding angles,but increase with increasing fiber fill factor. Finally,the influence of variations of microstructure parameters observed in digital image processing are investigated. To explore the influence of variations in microstructural features on variations in predicted ETCs,the actual probability distributions of microstructural features obtained from the 3D5D braided composite sample are introduced into the ETC investigation. The results show that,compared with the interior braiding angle,variations in the fiber fill factor exhibit more significant effects on variations in ETCs.     

粘性流体大幅晃动的ALE有限元模拟

采用有限元法数值求解了具有自由液面大幅移动边界的Navier－Stokes方程。对流体区域采用了任意的拉洛朗一欧拉（ALE）运动学描述，网格结点可以任意移动而不依赖于流体的运动，结合了拉格朗目描述易于处理移动边界与区域变形的优点和欧拉描述可克服单元缠结的优点，提出了简单合理的网格更新方法，能精确地跟踪运动的自由液面。为了更精确地处理强对流项的作用，采用了迎风流线Petrov－Galerkin（SUPG）加权余量法建立有限元方程。算例表明本方法对贮箱内流体的非稳态大幅晃动过程的数值模拟非常成功。