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。     

牵制释放过程中火箭液体推进剂的建模研究

为进行牵制释放过程中火箭贮箱的承载分析,采用各向同性的固体材料模拟液体推进剂。论述了材料特性的选取依据,使用有限元程序NASTRAN对比分析了火箭充液贮箱的三种不同模型的模态,静态过载分析表明所采用的固体模型具有液体的相似属性,对比了在牵制过程贮箱几种模型的动力学响应曲线,并得出了贮箱在释放过程的承载曲线。证明了推进剂模型的有效性和合理性,解决了牵制释放过程中贮箱的承载分析问题。     

圆柱形贮箱中的液体有效转动惯量及其实验研究

液体有效转动惯量是分析大型液体火箭的运动和动力特性的一个主要参数。本文用解拉普拉斯方程,求解了典型的两端平底、充满液体的圆柱贮箱的液体转动惯量有效系数K_I。并用游丝扭簧实验装置作了实测、实验与分析相当一致。对两种不同布置的椭球底贮箱,给出了实验结果,表明相似性良好,为工程应用提供一种模型件的实测方法,并指出具体实际装有挡板的贮箱结构,液体有效转动惯量,应通过实验研究来解决。     

轴对称液燃火箭全弹纵向振动和动力响应的有限元分析方法

本文介绍一种分析轴对称液燃火箭全弹纵向振动和动力响应的有限元方法。有限元的振动分析采用的是文献[2]的方法,将火箭化分成壳体元素,液体元素和弹簧—质量元素。土星V—阿波罗运载田曾用此种方法做了全弹计算并与1/10的模型实验的结果做了比较,在振型和频率上取得了很好的一致。关于特征方程的求解,介绍文献[3]提出的“子空间迭代法”,用此种方法可以根据我们的需要求出有限阶的振型和频率。在计算动力响应方面介绍文献[4]和[5]的振型迭加法以及文献[6]的“有限元逐步积分法”。用这些方法可以求出动载荷作用下位移,速度和加速度的稳态响应。     

液体在具有下凹型共底贮箱内的晃动特性试验研究

一、引言在大型多级液体火箭中,其第二、三级往往采用共底贮箱的结构形式。这样,贮箱内的液体晃动特性与箱底形状有着更密切关系。对具有椭球型箱底的贮箱,可参照[1]的研究结果,等效成液体的自由液面及体积相同的直圆柱平底贮箱来计算液体晃动频率等参数。对于上凸型共底贮箱,在液面为圆环形部分,可参照[2]的方法,把它等效成同样体积及同样自由液面的圆环形平底贮箱。对于下凹型共底贮箱,在液面为圆环形部分,由于贮箱内的液体运动不像上凸型共底那样,明显地受到共底的限制,因而不能直接引用[1,2]的结果。本文用试验研究方法,观察了下凹型共底贮箱内的液体运动特点,测定了液体晃动的一阶固有频率和相应的阻尼值。试验研     

基于时域法的运载火箭风载荷动力响应分析

为研究新一代运载火箭在垂直转运过程中所受地面风载荷的影响问题,采用时域法对运载火箭地面风载荷响应特性进行了分析。编制了基于谐波叠加法的地面风载荷时程样本模拟程序,并通过与目标功率谱函数的对比来验证程序的正确性。在建立火箭有限元分析模型的基础上,对火箭在不同参考风速下的动力响应进行了计算分析。分析结果表明：编制的基于谐波叠加法matlab程序能很好的模拟脉动风载荷,火箭风载荷动力响应随参考风速的增加而增大。     

液体作用于贮箱分隔板上的载荷

本文就火箭贮箱中纵向分隔板上的晃动载荷进行理论推导,提供了横截面为圆形和圆环形贮箱中十字形纵向分隔板的晃动载荷计算方法。     

取代液体对运载火箭试验动特性的影响

本文首先论述了目前解决液固耦合振动的几种主要的数值方法,分析了各种方法的优点与不足。其中建立液体单元,从而构造比较协调的液固组合单元的方法,是解决液固耦合效应十分有效可取的方法。文中详细推导了三维等参液体单元的特性矩阵公式及其有限元静、动力平衡方程。利用三维等参液体元和固体壳元的组合有限元模型对某箭第三级共底双贮箱进行了有限元分析计算,求得了真实液体燃料和试验取代液体对频率、振型及振型斜率的影响。最后得出结论:完全可以用取代液体代替真实液体燃料进行动特性试验,得到的振型和斜率是可信的。     

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     

螺栓连接梁的非线性动力学响应分析

连接界面存在复杂的非线性行为和机理。连接部位是导致结构复杂非线性动力响应的关键所在。传统结构动力学分析中,通常忽略连接或采用线性化的方法来建模,造成无法分析和研究含连接结构的非线性动力行为的困难。文中在分析改进Iwan模型用于连接界面动态力学行为描述的基础上,将改进Iwan模型用于构造非线性连接元,该单元能够反映连接界面在不同载荷幅值下的复杂的粘着-滑动行为特征,能反映出幅变非线性阻尼的特征。进一步,应用该连接单元分析了螺栓连接梁的非线性动力学响应。结果表明,该连接单元能够反映出连接结构动力学响应的非线性特征,可方便地与现有有限元动力计算程序接合,用于含连接结构非线性动力学响应的分析。     

液体运载火箭纵向振动结构动力学模型应用研究

在液体运载火箭结构动力学工程研制设计中,为了进行POGO分析和星箭耦合载荷仿真预示,一般需要进行运载火箭纵向结构动力学模型的建立及其纵向动力学特性计算,建模过程中重点关注环节是加注液体推进剂的贮箱的简化建模,为了克服MSC.Nastran虚质量法计算耗时长的劣势和单质量块简化模型高阶频率计算精度较差的缺点,基于文献方法进行了多质量块简化模型的推导和建立,通过算例表明,采用多质量块简化模型在保证计算精度的同时,可以大大提高计算效率。     

上面级液体悬挂贮箱动力学建模方法研究

提出一种适用于上面级液体悬挂贮箱的建模原则、建模方法,并针对不同建模方法给出静力和模态计算值对比。由分析可知"贮箱柱段壳+贮箱球底梁+液体质量点"的组合建模方法,可较好模拟贮箱柱段/贮箱法兰/主结构支架间的连接刚度。具有频率计算值与试验值较为接近、计算耗时较小等优点,有利于提高贮箱局部纵向模态建模精度。     

虚拟质量法在运载火箭模态分析中的应用

针对液体燃料对火箭结构的模态影响,提出采用虚拟质量法进行模态分析。首先建立了一个贮箱模型,分析了液体对结构模态的影响;然后利用该方法对一个带有液体推进剂的助推器进行了模态分析,并与集中质量法计算结果进行了比较。计算结果显示,采用虚拟质量法计算时由于液体的存在结构的频率会降低,而且虚拟质量法和集中质量法在模拟液体推进剂对结构横向一阶频率的影响时有较好的一致性,结果证明虚拟质量法作为一种模态分析方法可以为设计人员提供参考。     

液体运载火箭充液贮箱箱底纵向刚度数值求解

基于弹簧—质量简化模型进行液体运载火箭充液贮箱纵向结构动力学建模分析时,需要考虑贮箱箱底的刚度影响,Larry D.Pinson基于线性薄膜理论推导了充液贮箱椭球箱底的纵向刚度模型,本文基于有限元方法进行了贮箱箱底刚度的数值求解,计算结果与文献方法进行了比较,计算结果一致,同时数值求解方法可以较好地解决厚度不均匀以及异型的贮箱箱底的刚度求解。     

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。     

轴向受载的Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应

建立了一种普遍的解析理论用于研究确定性载荷作用下轴向受载的单对称Bernoulli—Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应。首先通过直接求解轴向受载的单对称均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程，给出了计算其自由振动的精确方法，并导出了轴向受载的Bernoulli—Euler薄壁梁自由振动主模态的正交条件。然后利用简正模态法研究了确定性载荷作用下轴向受载的Bernoulli—Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应，该梁所受到的载荷可以是集中载荷或分布载荷。最后假定确定性载荷是谐波变化的，得到了各种激励下封闭形式的解，并针对具体算例讨论了动力弯曲位移和扭转位移的数值结果。     

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     

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。     

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。