在低微重力下卫星液体晃动力学应用研究

研究充液航天器任意旋转对称偏置贮箱在低微重力情况下的小幅液体问题，通过引入惯性张力强度因子，采用混合加剩余法，建立低重，微重以及失重情况统一求解有的限元数值模型，并编制具有工程实用性和通用性的计算机分析软件，针对几种贮相的液体晃动问题进行了计算机，应用表明该软件可为复杂航天器的液体晃动设计提供有效的工具。     

辨识液体晃动力学参数的频域法

研制成一种平动式晃动试验装置,并导出其当量力学模型。已经证明,若用盛液贮箱的驱动力和位移分别作为系统的输入量和输出量,该装置则为完全能控、完全能观和能辨识系统。采集足够的频响函数数据,并用误差校正法和广义最小二乘法估计传递函数的全部系数。又用DFP变尺度法由传递函数系数导出了晃动液体当量力学模型的第一和第二阶模态的力学参数。     

充液自旋卫星的姿态动力学

本文研究带旋转对称中心贮箱的充液自旋卫星在定常推进力作用下的充液刚体耦合系统动力学问题，采用ＰＥＧ方法，建立了具有常微分方程形式的系统动力学方程     

全失重液体晃动的固有频率

本文研究失重条件下液滴，带核液体和球腔内液体晃动的固有频率，对于几何球对称系统，本文给出了其解析解；而对于非球对系系统，则采用边界元方法计算得到晃动频率的数值解。     

充液卫星平放式贮箱内液体晃动的等效力学模型

本文研究带平放式贮箱的三轴定向充液卫星的液体晃动及其姿态动力学问题，建立了充液系统的等效力学模型，并由该模型研究了充液卫星的姿态稳定性，得到了主刚体作平面摆动时系统的姿态稳定性判据     

航天器内部液体晃动对交会对接动力学与控制的影响

本文从力学变分原理出发,建立了交会对接过程中追踪飞行器与目标飞行器的动力学方程,导出了两个飞行器之间的相对运动方程。以此为基础,讨论了最后逼近阶段的平移过程中,追踪飞行器内部液体的晃动规律,并进一步对飞行器之间的相对运动做了定性分析,论述了液体的晃动对交会对接相对运动中的动力学与控制的影响。     

低重力环境下三维液体非线性晃动的数值模拟

本文讨论低重力环境下三维液体非线性晃动问题。采用ＡＬＥ（任意的拉格朗日－欧拉）运动学描述跟踪自由液面；对于ＡＬＥ描述的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，在时间域上采用分步离散方法中的速度修正格式进行数值离散，在空间域上利用有限元方法进行了数值离散；推导了考虑表面引力效应时有限元边界条件的弱积分形式；给出了表面张力的数值计算公式。模拟了考虑表面张力情况下圆筒型贮腔中液体的非线性晃动，并得到了贮腔壁面处     

微重力环境下航天飞行器液体推进剂储量测量技术

介绍几种造合于在微重力环境下液体推进剂储量测量技术的原理和特点，并对这几种方法进行了比较。     

复杂结构充液航天器晃动动力学与姿态稳定性

复杂充液航天器的晃动及其对控制系统的影响是当前空间高技术的重要问题。 本文首先由力学变分原理导出充液复杂系统的方程式,其中包括流体力学方程和相应的边界条件,以及弹性连续介质力学方程;特别是,考虑了强毛细作用力的影响。其次,考查了微重条件下带有隔板的贮箱内的液体晃动、带有网孔隔板腔体内的液体晃动和粘弹性隔板对抑制晃动的作用。另外,本文将分析带有多腔充液自旋卫星的姿态稳定性,以及晃动、液体涡旋、贮箱偏置,能量耗散和哥氏加速度对卫星运动的影响。最后,讨论了多体系统充液挠性空间飞行器的稳定性问题。 同时,本文给出了数值计算结果和某些试验结果,并与理论分析作了对比。     

微重力下球形贮箱内液体晃动有限元模拟

以卫星球形贮箱为研究对象,用任意拉格朗日-欧拉(ALE)法建立了数学模型,给出了计算的基本方程,并基于MSC-Dytran有限元程序,对常重力和微重力环境中贮箱内推进剂的晃动进行了数值模拟。结果表明,微重力环境中液体更易发生大幅晃动,甚至产生飞溅,工程中常用的等效力学模型已不再适用,而有限元数值模拟方法可较好地解决该问题,为卫星及大充液复杂结构航天器控制系统的设计和分析提供理论参考。     

火箭推进剂液体晃动关机响应的数值仿真

本文采用VOF方法对火箭发动机关机阶段所引起的液体晃动进行了数值仿真，以氧化剂贮箱为例，得到了贮箱无阻尼环和带阻尼环时的晃动仿真图和液体质心变化曲线，检验了VOF方法处理碎波的能力。     

挠性和晃动动力学模型解耦及局部迭代算法

针对飞行器地面试验时由于模态阶数过高容易引起动力学运算发散的问题,提出将挠性振动及液体晃动模态和星体转动角加速度解耦,并采用局部迭代运算的方法减小迭代误差,从而避免了挠性和晃动动力学运算发散;解耦后的挠性和晃动动力学模型参数可以离线计算,减小了迭代计算量,降低了对计算机的性能要求,且易于工程实现.仿真验证表明解耦及迭代...     

充液航天器液体晃动等效力学模型的建立

在考虑液体表面张力影响液体晃动求解的基础上,利用动力学方程等价准则,建立了三轴定向充液卫星在二维平动和二维摆动扰动作用下的空间摆等效力学模型,并对两种情况下等效摆的主要参数进行了计算和比较。结果表明,考虑表面张力时,液体的晃动特性对航天器姿态控制系统稳定性有不利影响。     

充液航天器大幅晃动耦合动力学建模仿真研究

针对充液航天器大幅液体晃动与全星姿态运动的耦合问题,文章采用三维质心面法建立了储箱级等效力学模型和全星级耦合姿态动力学方程。该方法将储箱内液体等效为只能在其质心面内运动的质心点,而液体晃动对储箱的作用力（含力矩）用质心点与质心面之间的相互作用来模拟,同时利用牛顿欧拉法推导了液体晃动与航天器姿态运动的耦合动力学方程。数值仿真表明,计算结果与其国外实验卫星的在轨测量结果基本一致,从而初步验证了质心面等效力学模型用于全星级大幅液体晃动耦合动力学分析的有效性。     

航天器小幅液体晃动试验系统的研制与调试

叙述了航天器小幅液体晃动试验的设计方案、试验系统配置和主要技术参数、试验系统的调试、物理参数辨识方法及结果。通过试验系统调试表明,系统达到了要求的技术指标,辨识出的晃动物理参数具有较高的精度,它可以用于工程实际,为型号的小幅液体晃动试验分析服务。     

液体远地点发动机工作期间卫星姿态的自适应控制

本文将全系数自适应控制方法用于带有液体晃动和挠性太阳帆板的三轴稳定地球同步轨道卫星在远地点发动机工作期间的姿态自适应控制。仿真结果表明,用全系数自适应控制方法设计的控制器,其动态性能好,对参数变化的适应性强,抗干扰能力强,鲁棒性好,性能指标完全满足设计要求。     

带充液腔的自旋卫星稳定性问题

本文应用Pfeiffer的思想讨论带轴对称充液腔的卫星系统自旋稳定性。本方法的基本思想为将轴对称腔内的液体旋度平均化,使之与空间位置无关,由此将液体的无限自由度问题离散化为有限自由度问题,从而用线性理论讨论系统的自旋稳定性。用这方法,本文讨论了带充液腔的非轴对称卫星系统、带充液腔的双自旋卫星系统的自旋稳定性,给出了它们的自旋稳定性判据。此外,本文还给出了一些带有不同形状腔体的卫星系统自旋稳定域图,为实际工程设计人员提供理论参考。     

航天器动力学发展概况

分析了现代航天器动力学的复杂性，将现代航天器动力学的发展概括为以下几个方面：１）局部动力学的研究受到重视；２）部件级子系统动力学研究的深入；３）耦合动力学研究进入非线性阶段；４）整体航天器动力学模型精化与一体化仿真；５）航天器与航天器之间相对运动动力学研究方兴未艾等。文章对这几个方面分别作了简单评述或讨论。