北京强度环境研究所完成CZ-2F火箭POGO振动研究

在载人航天的运载火箭第五次飞行中,宇航员报告在一级火箭飞行末秒产生比较强烈的振动。北京强度环境研究所承担了该问题的研究工作。课题组根据飞行振动、输送管路脉动压力的遥测数据分析,认为这种振动的主要原因是产生了液体火箭的燃料输送系统和火箭结构系统动力学耦合的全箭POGO振动。为了证明POGO振动成因,进行了模拟介质和真实介质的输送管路脉动特性试验、全箭纵向模态试验,开展了管路特性计算分析和全箭POGO稳定性分析工作,证明了实际飞行时POG0振动的机理。     

液体捆绑火箭POGO稳定性分析的闭环传递函数法

2003年,CZ-2F火箭成功将"神舟号"飞船送入太空。从遥测数据分析发现,在一级飞行末秒出现逐步增大的低频振动,具有典型的纵向耦合振动(以下称POGO)特征。国内外研究结果表明,液体火箭上升段常产生一种纵向动力学不稳定,它是由箭体结构模态振动和液体发动机的推进系统相互耦合而引起的一种自激振动。火箭结构系统、输送管路系统和动力系统构成了带反馈的闭环控制系统。火箭在飞行过程中,上述系统中的部分参数是变化的,故实际飞行状态对应着时变的系统。但系统在某一固定的飞行秒状态,可按线性时不变系统进行稳定性分析。推导出液体捆绑火箭POGO振动的传递函数,提出了闭环传递函数法并对液体火箭进行了POGO稳定性分析。计算飞行状态的稳定性,结果与飞行发生的情况基本一致;对可能采取的蓄压器参数设计方案,包括氧化剂管路与结构纵向一阶、纵向二阶和助推器局部模态的耦合,进行了稳定性分析,给出了不同结构阻尼时的稳定性裕度。文中的闭环传递函数法具有通用性,适用于液体捆绑火箭的POGO稳定性分析。     

火箭用液氧泵的动特性试验

1.绪论液体火箭中经常会产生一种POGO的飞行器轴向自激振动。对于这种白激振动,泵具有较大的影响,因此,在POGO分析时须要计算出泵的动特性数据。迄今为止已有很多报道介绍泵的动特性研究结果。笔者也曾就使用高速液氧泵在泵入口NPSH(净正吸程)较大时的试验结果作过若干介绍。日本正在研制在第二级安装液氢液氧发动机的H-1火箭,并在研究第二级发动机是否要安装POGO的抑制装置。本报告就是以取得POGO分析上所需要的液氧泵动特性数据为目的,介绍泵入口NPSH较大时和较小的脉动试验结果。     

从随机振动信号中分离出周期分量的方法

本文主要针对液体火箭发动机的随机振动,提出在谱分析时用变带宽的方法取代时域上用自相关函数确定信号的周期与随机分量,以及周期与随机分量分离的方法。用此方法确定的液体火箭发动机的振动特性基本上和美国公布的液体发动机的振动特性一致。液体火箭发动机的不稳定燃烧和脉动推力引起机械的振动,发动机的强噪声引起的声     

捆绑液体火箭跷振(POGO)稳定性分析

本文提出捆绑液体火箭跷振（POGO）稳定性分析模型，简述近似方法，指出影响跷振的重要参数，给出了算例与结论。     

中国宇航学会结构强度与环境工程专业委员会将召开飞行器纵向耦合振动(POGO)专题学术交流会

中国宇航学会结构强度与环境工程专业委员会将于1984年10月底召开POGO振动学术交流会。征文内容: 1.全箭整体结构纵向固有特性,传递特性,试验(包括Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级等)与理论研究。大型液体运载器,发动机系统,飞行器头部,卫星等的重要部件的低频振动的固有特性试验与理论研究。     

利用稳定性相图进行的POGO抑制设计

通过对NASA规范的公式进行重新推导，得到了推广的POGO抑制设计方法，首次画出稳定性相图，用之分析和解释了我国现有某系列火箭的POGO稳定性。此稳定性相图可以用来指导新火箭的POGO抑制设计。     

POGO振动研究的一种新建模方法

现有分析运载火箭POGO振动（纵向耦合振动）的模型有两种,即传递矩阵模型和Rubin提出的状态方程模型。考虑到这两种模型的不足之处,从分布参数描述的偏微分方程出发,采用分离系数法,得到形式简单的微分方程,并应用分段三次Hermite插值得到了新的管路模型。将新管路模型应用于系统,通过对三种模型计算得到的管路频率的比较,验证了新得到的形式简单的管路模型,有较好的精度。     

美国液体火箭Pogo简况

由于弹体结构与推进系统相互作用,很多液体火箭发生了轴向不稳定振动。美国人根据其形态很像踩高跷游戏,常称它为“pogo”。美国液体火箭中发生Pogo的有如下型号:雷神/阿金纳,雷神/德尔它,大力神Ⅱ,双子星座/大力神Ⅱ,上星Ⅴ/阿波罗。Pogo数据如下图所示,有关情况说明如下:     

斜拉索在平面内的非线性固有振动特性分析

研究斜拉索在平面内的非线性固有振动特性。从考虑抗弯刚度和垂度影响的斜拉索在平面内发生横向振动的非线性自由振动方程出发,对斜拉索发生单模态振动进行了分析,将拉索运动微分方程简化为带平方项的Du ffing方程,用摄动法求取反映该平方项影响的近似解析解,然后通过求解派生系统的特征值问题来分析拉索模态之间的耦合作用对拉索非线性动力学性质的影响,并与单模态振动分析结果进行了对比和验证。最后结合工程实例讨论分析了斜拉索重量、抗弯刚度、拉伸刚度、张力和倾斜角度对其非线性固有振动特性的影响。     

大型捆绑火箭振动试验液体取代与支承影响修正方法

在大型捆绑火箭振动中，液体取代和支承边界影响作为结构质量和刚度的变化，对火箭振动特性有重要影响。本文采用有限元再分析法，矩阵摄动法和拓广灵敏度法，对模态试验数据进行了合理修正，并获得了满意的修正结果。研究表明，在秒状态足够多的情况下，用最小二乘曲线拟合技术修正振型斜率也是可行的。     

运载火箭弹性频率快速预示方法

火箭在飞行过程中,姿控系统与箭体弹性振动存在耦合的可能性。因此,在火箭控制系统设计阶段,就要求火箭横向一阶频率远离刚体截止频率,以提高控制品质,避免失控。常规的频率计算方法是运用梁模型或者壳模型建立火箭的有限元模型,从而计算出箭体频率。这种方法的优点是计算方法比较成熟,但在火箭方案阶段不可避免地存在适应性和效率等问题,因此迫切需要一种算法,在满足总体要求的同时能有效解决上述问题。本项目基于细长梁理论,推导出火箭横向一阶频率与起飞重量和细长比之间的数学关系;经国内外型号数据的充分验证,并成功应用于火箭方案论证阶段火箭的横向频率预示。有效解决了方案阶段参数不明确、方案未细化的问题,仅通过起飞重量、长细比等基本参数快速估计出火箭的横向频率,既保证了准确性,又提高了效率。此方法可推广到各种型号运载火箭的总体设计。     

在主减速器斜撑杆上安装压电叠层作动器的直升机主动隔振

采用安装在主减斜撑杆上的压电叠层作动器建立了直升机主动隔振系统。基于压电材料本构关系推导了压电叠层作动器的驱动方程,建立了压电叠层作动器驱动的主减主动隔振系统动力学模型。采用了自适应滤波控制方法,通过最小均方算法实现了自适应控制。直升机主动隔振仿真实验表明了该系统具有高效的隔振效果。     

针对未来大运载火箭的缩比模型动特性仿真研究

本文针对未来发展的大型运载火箭所面临的全新振动特性问题，简要介绍了国外先进的技术水平，给出了动力学缩比模型的相似关系，进行了1／10缩比模型的试验及计算仿真探索，提出了本研究中发现的技术难点以及一些可行的解决途径。     

轴向受载的Timoshenko薄壁梁固有振动和稳定性的理论分析

通过直接求解轴向受载的单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动微分方程，推导了其动态传递矩阵，讨论了轴向力对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响，并得到了零频率振动（弹性屈曲）发生时相应的轴向载荷，娄值结果表明，本文的方法在其适用范围内是精确有效的。     

某火箭发动机故障检测及诊断算法设计分析

针对某型号液体火箭发动机故障检测及诊断软件存在瞬态段（起动段、关机段）故障检测功能缺失、故障诊断无法给出故障量大小的问题，在原软件故障诊断算法——余弦相似度分类的基础上，通过引入故障因子定量给出故障量大小，实现发动机故障诊断的定性定量分析。同时，采用基于统计学基础的包络线算法，通过Python语言对发动机瞬态段故障检测算法进行设计开发，使原软件实现发动机瞬态段故障检测功能。通过仿真试车数据对软件算法进行验证，结果表明优化后的故障诊断功能可实现故障量大小计算，基于包络线算法开发的故障检测功能提高了发动机故障检测效率。     

弹性支撑惯导系统振动耦合问题研究

为研究偏心引发的角振动与线振动耦合对弹性支撑惯导系统的影响，首先建立了振动耦合系统微分方程，然后采用通用有限元分析软件进行模态和随机响应分析计算。确立系统的动力学振动特性，从理论和数值计算两方面解释了角振动产生并与线振动耦合的原因——系统偏心。最后通过对具有不同偏心数值的多种仿真模型的分析计算．给出了偏心对系统的影响规律。     

某液体火箭发动机现场故障诊断技术分析

针对某液体火箭发动机热试车时发生的故障,详细的分析了振动数据、压力数据及转速数据,研究了该发动机产生故障的原因,并在试验后的发动机分解后得到有效的验证。