检验液体晃动等效力学模型的两种试验方法

一、引言推进剂晃动是大型液体火箭稳定系统设计的一个基本因素。通常采用便于稳定分析的“弹簧——质量”等效力学模型来研究贮箱中液体运动对火箭的影响。等效力学模型的基本思想是:只保持由液体运动引起的、作用在贮箱上的总力、总力矩和动特性一致,不考虑液体运动特点和作用在贮箱上的压力分布。由于等效力学模型是在理想液体、无挡板、小扰动     

液体晃动实验研究及其在型号研制中的应用

本文简介了液体晃动中的动力学模型和阻尼装置两个基本问题。论述了建立等效力学模型的必要性,给出计算等效力学模型诸参数的公式,指出用一阶晃动等效力学模型就能基本描述液体晃动的动力效应,介绍了用实验方法来确定一阶晃功模型参数。简要介绍了环形挡板和高效的半圆形挡板的阻尼效果。给出了典型的实验结果和计算结果的比较。提出了非线性问题等若干有待进一步研究的课题。     

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.     

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。     

火箭贮箱液体晃动等效模型参数的数值仿真方法

基于有限体积VOF方法以及势流体有限单元优势,提出了一种火箭贮箱液体晃动等效模型参数快速而精确的数值计算方法,并用具有解析解的圆柱贮箱模型对该方法的准确性进行了全面的验证。由于该方法不受贮箱外形和内部装置的限制,可用于任意贮箱液体晃动的研究。     

液体晃动试验数据处理的新方法

大型液体火箭在初步设计阶段就要求得到液体推进剂在贮箱内的运动特性,特别是液体运动的最简单、最基本的一阶等效力学模型及相应的阻尼值,以满足控制系统的稳定要求。通常,解决液体晃动问题的途径,是在贮箱内布置防晃挡板来提高液体晃动的阻尼和频率。为此必须通过多次晃动试验来选择挡板形状、尺寸和位置。     

微重力状态下旋转对称刚性容器中液体晃动阻尼的计算

在文[1]、[2]的基础上,本文用流体力学边界层理论近似计算微重力状态下旋转对称刚性容器中液体的晃动阻尼,方法简单方便实用。最后对圆柱形平底容器中液体的晃动阻尼进行了具体的计算。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于SPH方法的三维液体晃动数值模拟

采用SPH方法对棱形液舱在外加激励作用下,不同充液比工况所对应的舱内液体晃动进行了三维数值模拟,并将其与实验进行对比,两者吻合较好,同时成功地模拟出液体晃动产生的波浪翻卷和破碎,进而验证了SPH方法在求解三维液体晃动问题的准确性。分析结果表明:液舱的充液比及晃动周期对于液体的晃动特性及舱壁的压力有重要的影响,在大充液比情况下,迟滞特性所表现的双峰特征消失。     

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。     

复杂山体下双塔布置超大型冷却塔风致干扰效应研究

以中国西北地区已建成的210m世界最高冷却塔为例，采用风洞试验和CFD数值模拟两种方法，获得了考虑复杂山体（海拔接近冷却塔喉部高度，且距离塔体很近）双塔布置冷却塔表面流场信息和压力分布模式。在此基础上，对比分析考虑复杂山体和建筑干扰时冷却塔表面最大负压、基于极值负风压的干扰系数和平均风压分布特性，并针对最不利工况进行复杂山体和塔群之间的风致干扰机理研究。研究表明:采用风洞试验和数值模拟两种方法得到的冷却塔基于极值负风压的干扰系数分布规律一致，两者最大值相差8%；复杂山体对冷却塔群来流湍流和表面风压分布模式的影响显著，同时受到冷却塔和干扰建筑物之间"夹道效应"的影响，最不利工况下冷却塔基于极值负风压的干扰系数可达1.586，远大于没有复杂山体时的工程常见干扰系数。     

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。     

动载下热防护系统典型组件防热有效性研究

在给定热环境及动态随机载荷条件下,对某航天飞行器大面积热防护系统进行了力热耦合及随机振动分析,得出在该条件下的块间开缝位移.随后建立缝隙内的热传导模型,并依据开缝位移值,分析了它对大面积背温的影响.同时,还研究了在不同参数对防热有效性的影响规律.     

运载火箭/航天器耦合分支模态综合法(下)

将运载火箭作为主结构、航天器作为分支子结构,分别采用自由界面模态展开定理和固定界面模态展开定理,导出分支模态综合法,进行运载火箭/航天器组合模型响应分析。进而,采用界面约束模态质量的界面加速度,导出航天器载荷估计方法,这时的运载火箭与航天器连接界面可以是静定的或静不定的。当仅考虑连接界面是静定的情况,界面约束模态质量将退化为界面刚体质量,导出采用刚体界面加速度的航天器载荷估计的方法,这个方法所导出的公式与Chen的方法完全相同,而Chen方法的公式是由有限元法导出的。提出一种航天器载荷瞬态分析新技术:一个以前的运载火箭/航天器组合系统的载荷分析结果可以用来获得被相同的运载火箭发射的新航天器结构的动态载荷,这种方法比Chen的"恢复瞬态分析"方法更简便。