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。     

悬停旋翼在火箭发射线上的诱速计算方法

定性探讨了旋翼下洗速度对火箭轨道产生的影响．以直升机悬停条件下稳定尾流为例，计算方法从广义尾流模型入手，以期望的拉力值为收敛准则，通过反复修正迭代求解环量方程。最后，计算结果展示了旋翼下洗速度在火箭轨道上的分布，并作了简要分析。     

“3向”环境振动试验与标准环境振动试验的比较

本文以一个火箭部件的实例，比较了标准振动环境试验和3向环境振动试验的不同效果。对产生的原因进行了探讨。说明对现代飞行器来说3向振动试验是非常必要的。     

液体火箭POGO振动时域分析方法研究

建立了液体火箭的动力学方程,将其化为具有初值问题的微分方程进行求解,以实现POGO振动特性的时域仿真,在微分方程的数值求解的基础上,获得液体火箭POGO振动的动态响应特性。根据液体火箭POGO振动主要参数,如结构特征点处的加速度,泵入口处的压力脉动等的时间历程的收敛或发散情况及飞行特征秒,来判断POGO振动是否发生或发生的时间。     

大型火箭发射时发动机噪声预示方法研究

用发动机等效出口直径做为特征尺寸,并假设出口参数相同(实际上,对同一类型火箭发动机,出口参数很相似)。用出口直径对观测点位置进行规一化,用出口直径和推力对声压级规一化,考虑到在声传播过程中,大气衰减与频率的二次方成比例,高频声波比低频声波衰减快,在喷口附近频谱的谱峰频率较高,在远离喷口处,谱峰频率移向低频,实测结果也是如此,因此引出了一个规一化谱形修正因子,连同出口直径一起对频率进行规一化。最后由‘数据’火箭的实测数据得到了三条曲线。对误差做了分析,并对部分误差提出了修正方法。可给出新火箭任一位置的总声压级和三分之一倍频程频谱。     

拓广灵敏度法在取代研究当中的应用

为了解决结构物理参数的变化导致的模态参数变化的问题,模态参数修改的方法在工程中得到了广泛的应用。本文在现有的灵敏度法和矩阵摄动、法的基础上,改进了模态参数修改的一般的灵敏度方法,提出一种拓广的灵敏度算法,该法的特点是采用正交性条件修正试验振型,然后用四阶Runge-Kutta法求解,以弹簧质量系统和液体火箭为例,证明了拓广灵敏度法是一种非常有效的方法,本法用于火箭液体取代研究取得了令人满意的结果。     

单级入轨有翼火箭的气动设计

简单地介绍了单级入轨火箭的可行性；详细地阐述了单级入轨有翼火箭气动设计的基本思想，即以箭身来满足上升段的要求，以机翼来满足再入段的要求。还介绍了美国航空航天局设计单级人轨有翼火箭的气动设计方法─—响应表面法。在此基础上，进一步介绍了根据本文叙述的基本气动设计思想和方法设计出的一种单级人轨火箭的典型外形。最后得到了结论并提出了在我国开展单级入轨火箭预研工作的建议。     

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。     

大型火箭振动试验振型斜率测试方法

讨论了在火箭固有振动频率下测量振型斜率的几种计算和测试方法，分析了影响振型斜率测量和符号误判的误差源，提出了按秒状态变化进行振型斜率修正的最小二乘曲线拟合法。研究表明，以参照点陀螺信号为基准计算相位角，可以避免相位符号的误判。这一改进对于以相位符号作为稳定性判别准则的控制系统来说是至关重要的。     

折叠翼无人机火箭助推发射过程影响因素分析与仿真

为深入分析无人机火箭助推发射过程,针对双发火箭在无人机机体上安装位置误差引起的额外力矩和无人机机翼展开时间对无人机飞行存在较大影响这一问题,本文建立无人机非线性模型和控制系统。采用变量法简单明确地进行分析,确定了安装位置误差的边界值和合适的机翼展开时间段。仿真结果表明,得到的边界值和展开时间段满足实际飞行要求。     

火箭助推发射飞机模型设计方法研究

火箭助推发射是无人机起飞的一种形式．模型飞机火箭助推发射试验是采用自由飞模型试验的形式，按运动相似条件进行的．模型飞机应符合几何相似、质量相似、运动相拟和动力相似等条件．本文以＂长空＂无人机的１．５模型为例，介绍了无人机模型设计参数的选择以及有关的设计计算和调试方法．以三种火箭助推发射形式进行的试验结果证明，飞机模型的设计方法是可靠的，对于进一步研究火箭助推发射无人机具有参考价值．     

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。     

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。     

运载火箭与有效载荷的动力学接口

以同一运载火箭发射不同有效载荷的实际需要为应用背景，引出了动力学接口的概念，阐述了这一概念在振动环境试验条件的制定和试验模态分析中的应用，讨论了界面自由度的确定原则和动力学接口参数的分析和实测方法。     

力限振动试验技术进展综述

力限振动试验技术在国外航天飞行器振动试验中广泛开展,主要目的是减轻或抑制振动试验中的过试验现象。介绍了力限振动试验技术的国内外进展情况,并回顾了解决振动试验中抑制过试验的＼方法,重点针对力限振动试验条件设计方法中力限谱的设计方法及力限参数获取方法方面,对力限振动试验技术进行了综述。最后,对力限振动试验技术的应用前景进行了展望。     

纤维缠绕壳体前后接头连接密封结构强度和刚度计算与试验

分别用铁摩辛柯材力法和本文提出的半离散、半解析方法,对固体火箭发动机燃烧室复合材料壳体前后接头连接密封结构的强度与刚度进行了理论分析与计算,并和试验结果进行了对比。     

一类约束阻尼结构动力学建模及其应用

结构系统的劝控制是改善航天器动态特性的重要途径，本文分析了利用约束阻尼结构进行了振动抑制的基本方法，讨论了约束阻尼结构的动力学特性和有限元模型，作为应用实例，本文将约束阻尼结构应用于某大型航天结构，对比附经前后结构的试验莫大记结果，作为一种被动振动控制方法，对航天结构抑制是有效和可行的。     

热振联合试验控制技术研究

在热振联合试验中,温度和振动的控制和测量是最主要的技术难点。讨论了采用热流作为加热控制方式,采用红外点温仪作为温度测量手段的可行性;同时提出采用多普勒激光测振技术控制和测量热环境下的振动参数。通过试验验证和结果分析得出,在热振联合试验中采用多普勒激光测振仪是可行的。     

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。