捆绑火箭POGO振动动力学模型的研究

确定了捆绑火箭POGO振动动力学模型中蓄压器的最佳安装位置,简化了液体捆绑火箭动力学模型。基于AMESim软件搭建捆绑火箭动力学仿真模型,分析了蓄压器的安装位置对捆绑火箭POGO振动系统的系统阻尼比的影响,以及贮箱、直管、泵和推力室产生的作用力对系统阻尼比的影响。结果表明:蓄压器安装在芯级氧路和助推氧路的系统阻尼比提升最大,POGO振动的抑制效果最好;推力室产生的作用力对系统阻尼比的影响占主导地位,故仅需考虑推力室产生的作用力,以简化捆绑火箭POGO振动动力学模型。该研究可应用于POGO振动的仿真过程。     

动力冗余液体捆绑火箭的POGO稳定性分析

针对动力冗余和交叉输送技术向液体捆绑火箭的POGO振动稳定性分析提出的新任务,考虑独立工作(模式1)、一台助推发动机故障助推贮箱向芯级发动机供给推进剂(模式2)和两助推器同时向芯级发动机供给推进剂(模式3)三种工作模式,利用改进的Rubin方法分别建立液体捆绑火箭POGO稳定性的分析模型。数值计算分析表明,模式1和3下,POGO稳定性对助推蓄压器能量值的敏感程度强过芯级蓄压器。降低泵增益能提高液体捆绑火箭POGO稳定性,其中氧化剂泵的影响强于燃料泵,助推泵的影响强于芯级泵。助推燃料泵柔度的增加会降低燃路系统频率,可能诱发POGO振动,其中模式2下影响最大。本文工作为优化液体捆绑火箭动力冗余系统、抑制POGO振动提供了理论依据。     

液体火箭推进系统频率特性的灵敏度分析

针对液体火箭飞行过程中POGO振动对火箭系统的不利影响,建立了液体火箭推进系统动力学模型,以区间数学为理论基础,对推进系统频率特性进行灵敏度分析,得到了推进系统的流体惯性、阻力和刚度参数对推进系统频率特性的影响规律。研究结果表明：液体火箭推进系统振动频率对流体惯性参数的敏感程度比流体阻力参数和流体刚度参数明显大,泵前短管流体惯性的变化对推进系统振动频率的影响最大,补偿管路流体刚度的变化对推进系统振动频率的影响最小。为合理设计推进系统的动力学参数,降低推进系统的振动频率,抑制 POGO 振动的发生提供理论依据。     

长征系列运载火箭介绍:长征四号系列(五)

五、纵向耦合振动抑制系统纵向耦合振动(简称 POGO)是指大型液体推进剂火箭的结构纵向振动与推进系统相互作用而产生的正反馈闭合回路的自激振动。为避免火箭发生纵向耦合振     

气驱预压涡轮泵对发动机液氧路频率特性影响

液氧/煤油补燃循环发动机液氧路频率特性对于火箭POGO振动和发动机动力学特性具有重要的意义。以某型液氧/煤油补燃循环发动机氧路流体系统为研究对象,重点考虑气涡轮和泵动态特性的影响建立了系统线性化小偏差频域模型。应用复系数状态空间矩阵法计算了气涡轮压比、氧预压泵动态增益、燃气掺混段特性对系统频率特性的影响。研究结果表明:预压涡轮低压比状态下,系统响应幅值变大,预压涡轮压比对系统频率影响较小;预压泵动态增益越大,系统频率越低,幅值越大;燃气掺混段长度越大,系统频率越低,幅值越小。     

注气式蓄压器系统工作特性仿真分析

以大型运载火箭POGO稳定性为研究背景,针对国内尚无型号应用的注气式蓄压器开展仿真研究。在建立注气式蓄压器动力学模型的基础上,利用航天飞机主发动机的相关参数验证了仿真计算的准确性。仿真计算了蓄压器对推进系统固有频率的影响和四种不同蓄压器的推进系统频率特性。研究了注气流量、注气温度、排气流量和排气时间对蓄压器工作特性的影响。仿真结果表明,随着蓄压器入口压力的增大,溢流孔靠近底部的蓄压器气枕压缩量减小;注气式蓄压器比贮气式蓄压器能够更有效地避免推进系统频率与箭体结构频率相交。     

几何尺寸对LE—7液氧泵汽蚀动态特性的影响

LE—7液氧泵汽蚀动态特性对于分析 H—Ⅱ火箭的 POGO 振动是必不可少的,它通过在主泵进口管中安装孔板产生的正弦扰动流体而确定.在研究 LE—7液氧泵因汽蚀引起的转子振动时发现:由旋转汽蚀引起的转子振动在诱导轮壳体为某一尺寸时,转子振动现象会消失.因此,进行了诱导轮壳体尺寸对汽蚀柔度和质量流量增益因子影响研究.研究结果表明,转子振动消失时的汽蚀柔度大于转子振动存在时的汽蚀柔度。     

防POGO振动

一、POGO振动及其预防措施西欧阿里安火箭首次发射的遥测数据表明:阿里安Ⅰ级防POGO装置工作良好,但在第Ⅱ级燃烧的最后10秒,出现了轻微的POGO效应。此前曾认为在首次飞行中,防POGO装置不是非要不可的,现在却认为在第二次飞行中,它是必不可少的。     

跷振(POGO)稳定性可靠性算法与参数分析

跷振(POGO)稳定性是航天运载器重要动力学问题之一。本文扼要介绍所提出的不稳定性跷振机理(通过自由—自由两质量块一弹簧—阻尼器系统来说明),跷振稳定性矩阵算法,单传判别法和估算法。通过算例分析指出这些方法的适用性。在讨论跷振稳定性分析中有关重要参数之后,还介绍跷振稳定性可靠性算法及其标准。     

新的质量阵和刚度阵概念及其在非对称挠性飞行器建模中的应用

在推导结构挠性问题的有限元质量阵和刚度阵时,通常认为挠性体及基座所构成的系统之质心不因挠性振动而作相对位移。而在具有对称挠性附件的飞行器挠性动力学中,基于挠性附件作反对称振动的假设,认为系统质心没有相对位移,因而传统的质量阵、刚度阵概念仍可使用。但是,当飞行器的挠性附件不对称时,挠性振动将引起系统质心的相对位移,此时,传统的质量阵、刚度阵概念不再适用。本文从虚功原理出发,推导出具有不对称挠性附件的飞行器的挠性变形动力学方程,据此抽象出一组新的质量阵和刚度阵概念,最后再反过来应用于具有不对称挠性附件之飞行器建模。     

基于特征空间变换的运载火箭Pogo模型降阶方法

针对运载火箭Pogo状态空间模型存在维数高和奇异性的问题,开展了Pogo模型的降阶方法研究。基于特征空间变换理论,导出了一般形式的Pogo状态空间模型的解耦形式。该形式与推进系统和结构系统的模态频率相对应,从而通过模态截断或保留感兴趣的模态实现有效的模型降阶。同时,还给出了降阶方法的实数运算公式。在两种不同型号推进系统的火箭Pogo问题中进行了仿真校验。结果表明所提出的降阶方法对奇异和非奇异Pogo状态空间模型都能给出正确的降阶模型,显著地提高计算效率,具有很好的通用性,为Pogo时域仿真和主动抑制提供了合适的模型。     

液体火箭发动机泵动态特性水力试验研究

为了获取新一代大型运载火箭POGO稳定性分析及液体火箭发动机动力学研究等所必需的发动机泵动力学传递函数,进行了以常温水为试验介质、全尺寸降转速液氧/煤油补燃循环发动机氧泵的动态特性水力试验,对试验原理、试验模拟准则、隔离贮箱设计、激励系统设计、控制和测量分析系统设计、试验内容及数据分析方法等进行了深入探讨。通过试验成功地识别出泵的POGO动特性参数及参数的规律特点,为其他水力试验和真实介质试验储备经验。     

卫星推进剂剩余量测量技术地面试验研究

根据气体注入压力激励测量方法，研制了动态、高精度测量卫星液体推进剂剩余量原理样机，该样机以通信卫星双组元推进系统为测量对象。详细给出了利用该样机进行的地面试验情况，特别是测量数据平滑处理技术和液体蒸汽压误差修正技术。试验结果表明，当推进系统工作状态正常时，剩余液体体积量的测量误差小于贮箱总体积的１．０％，而当推进系统有小泄漏时，则小于２．０％。     

液氧／煤油补燃火箭发动机氧路低频动特性分析

液体火箭发动机氧路系统低频动特性研究是进行运载火箭POGO振动分析和判别的必要工作。以某型液氧／煤油补燃循环火箭发动机为研究对象,采用模块化建模方法建立了基于自动控制理论的发动机氧路系统线性小偏差的传递矩阵模型,分别对发动机氧路系统和试车台氧化剂输送系统动特性进行数值仿真,并对比分析了试车数据和仿真结果。研究表明,数学模型和计算方法具有一定的正确性;熵波对系统的低频动特性有一定影响。     

涡轮泵环形颗粒阻尼器设计

设计了一种用于液体火箭发动机涡轮泵减振的环形颗粒阻尼器。为研究颗粒阻尼器的减振性能,基于有限元法建立了附加颗粒阻尼器以及不加颗粒阻尼器的涡轮泵模型,计算过程中采用结构阻尼系数来描述颗粒阻尼器的阻尼特性。仿真结果表明．颗粒阻尼器能够显著降低涡轮泵的振动,并且对涡轮泵的动态特性影响很小。     

某推进系统气路启动特性研究

为研究某推进系统气路启动特性,找到造成影响减压阀建压稳定性的原因,获得稳定的减压阀出口压力建压过程,依据系统仿真方法及相关试验,对该推进系统气路启动特性进行了研究。结果表明,减压阀阀后压力稳定性与阀后的管径及阀内的N_M~L存在关系。     

The new approach for damping modelling in the coupled dynamic load analysis for the Ariane 5 acoustic booster mode load cases

Solid propellant booster can have pressure oscillations with frequencies which correspond to the acoustic modes inside the motor case. These quasi-harmonic excitations can lead to severe dynamic responses if their frequencies are coincident with the resonance frequencies of the launcher. A correct modeling of the damping is essential for a realistic dynamic response prediction. The different components of the launcher have different damping characteristics which are known from substructure testing (e.g. modal testing, sine vibration testing). The modal damping in these substructure tests is achieved under certain boundary conditions, which are different compared to the situation in the coupled system. The paper describes the new applied approach which considers the different component mode damping of the substructures and allows a synthesized damping model of the coupled system. The new approach, called ‘Equivalent Structural Damping’ (ESD), is based on structural damping and makes use of the equivalence of modal viscous damping and modal structural damping in case of small damping. Particular emphasis is put on the damping coupling, which turned out to be significant for the 2nd acoustic booster mode load case and overcomes the inconsistencies of the past approach based on diagonal system damping.     

Stability of large flexible damped spacecraft modeled as elastic continua

Vibrational stability of a large flexible, structurally damped spacecraft subject to large rigid body rotations is analysed modelling the system as an elastic continuum. Using solution of rigid body attitude motion under torque free conditions and modal analysis, the vibrational equations are reduced to ordinary differential equations with time-varying coefficients. Stability analysis is carried out using Floquet theory and Sonin-Polya theorem. The cases of spinning and non-spinning spacecraft idealized as a flexible beam plate undergoing simple structural vibration are analysed in detail. The critical damping required for stabilization is shown to be a function of the spacecraft's inertia ratio and the level of disturbance.