长征系列运载火箭介绍：长征四号系列（五）

五、纵向耦合振动抑制系统纵向耦合振动（简称ＰＯＧＯ）是指大型液体推进剂火箭的结构纵向振动与推进系统相互作用而产生的正反馈闭合回路的自激振动。为避免火箭发生纵向耦合振动，在一子级和二子级的氧化剂输送管路的起动阀门前，均设置了抑制ＰＯＧＯ效应的蓄压器。一...     

美航天局确定火箭振动解决方案

美国航空航天局已确定了解决“战神”1火箭潜在振动问题的几种办法，并认为问题没最初所想的严重。有关部门去年10月发现。该火箭固体发动机第一级的推力振荡可能同火箭振型耦合。这种五段式固体发动机内的压力脉动频率与全箭第二纵向振型的固有频率接近，从而有出现纵向耦合振动的危险。进一步分析后，该局认为这对火箭结构和系统没有威胁或威胁很小，但振动可能会让箭上乘坐的宇航员难以工作，包括查看飞行显示。     

液体火箭发动机涡轮泵转子弯扭耦合振动研究

为获得转子振动特性,针对液体火箭发动机涡轮泵转子系统建立了其在密封流体激振作用下的弯扭耦合动力学模型。通过数值仿真和试验研究了涡轮泵转子系统弯扭耦合振动的动力学特性,结果显示在密封流体激励作用下弯扭耦合振动的非线性特性显著。还研究了偏心距对涡轮泵转子系统弯扭耦合振动的影响。本研究可为液体火箭发动机涡轮泵转子的结构设计、诊断与维护提供可靠信息。     

基于梁模型的火箭纵横扭一体化建模技术

针对以往火箭纵向和横向采用不同的结构动力学分析模型,无法反映捆绑式火箭纵向 与横向、纵向与扭转模态耦合问题,采用助推器捆绑结构局部空间建模技术和液体推进剂耦 合质量方法,模拟捆绑连接刚度和推进剂在纵向、横向和扭转特性中的不同作用效果。该技 术拓宽了梁模型的适应范围,实现了基于梁模型的火箭纵横扭一体化建模,为研究模态密集 、纵横扭耦合严重的捆绑火箭动力学问题提供了有效手段。
     

载人运载火箭全箭模态试验

介绍载人运载火箭全箭模态试验技术，给出了火箭全部可靠性模态数据，及飞船内关键设备的振动数据。通过对数据分析，认为：船箭耦合远比星箭耦合复杂；代替低空逃逸发动机的配重对火箭的频率特性影响不大；试验取得的全部模态数据可靠，为稳定系统设计、船箭耦合动态分析及火箭飞行过程中宇航员的振动环境提供了实验依据。     

无控火箭箭架系统扰动分析

无控火箭发射时,箭架系统耦合振动使得半约束期发射扰动引起的火箭偏转角速度变化和下沉量加剧,成为影响火箭落点散布的关键因素。以某型火箭发射系统为基础,采用物理模型和软件分析方法研究发射装置液压缸振动、发射仰角和箭架配合间隙等因素对出轨扰动的影响。根据液压缸压力变化结果,计算出燃气流作用下箭架系统的扰动频率,进而计算出燃气流扰动下火箭在半约束状态下受牵连运动影响的初始扰动值。理论计算结果显示,箭架振动幅值约占整个扰动角速度的1/5。计算和试验测量结果吻合较好,分析结果对火箭精度、箭架结构匹配性分析和发射装置设计具有指导意义。     

空间绳系组合体拖曳动力学分析及振动控制

空间绳系捕获系统捕获目标物后的组合体在拖曳离轨过程中常产生振动,为此,建立了切向连续推力作用下的空间拖曳绳系组合体面内动力学模型,并对模型进行了横向摆动与纵向振动耦合分析。针对组合体的纵向振动问题提出了一种以张力控制为内环、速度控制为外环的双闭环振动控制策略。进行了振动控制仿真分析,并根据动力学的相似性,建立地面模拟实验系统,仿真与实验结果表明该控制策略可迅速抑制组合体纵向振动、减小系绳冲击并可避免出现系绳松弛现象。     

大型捆绑火箭模态纵向分量对姿控系统的影响分析

针对助推段固体捆绑火箭纵-横-扭强耦合的模态特征,在小变形假设下推导了某型 固 体捆绑火箭姿态动力学模型,系统分析了模态纵向分量对箭体姿态运动和弹性变形的影响。 研究表明,模态纵向分量对箭体姿态运动影响较小,但会加大速率陀螺特别是滚动通道速率 陀螺输出信号的高频抖振,这一现象是捆绑火箭因助推器的存在所固有的。模态纵向分量容 易和部分“呼吸”模态和扭转模态发生耦合,但对横向弯曲模态基本无影响。〖JP〗     

AR模型在火箭发动机遥测数据中的应用

针对火箭发动机氧离心泵的遥测数据信号非平稳和非线性的特点,提出一种基于AR模型双谱方法分析、处理和提取火箭发动机氧离心泵开始测试、火箭飞行、火箭关机等三个阶段的故障信息,探讨了二次相位耦合与火箭发动机氧离心泵故障的关系。首先对两个频率二次相位耦合信号进行了AR模型双谱仿真,获得二次相位耦合信号的一般规律,然后采用AR模型双谱方法对此氧离心泵测点三个阶段的遥测数据进行二次相位耦合分析。结果表明,采用AR模型双谱方法可用于识别火箭发动机氧离心泵的故障。该氧离心泵发生故障主要是二次相位耦合引起更强烈的非平稳振动造成的,论证了通过二次耦合相位分析火箭发动机离心泵故障的有效性和可行性,可为氧离心泵后续的性能改进提供依据。     

液体火箭推进系统频率特性的灵敏度分析

针对液体火箭飞行过程中POGO振动对火箭系统的不利影响,建立了液体火箭推进系统动力学模型,以区间数学为理论基础,对推进系统频率特性进行灵敏度分析,得到了推进系统的流体惯性、阻力和刚度参数对推进系统频率特性的影响规律。研究结果表明：液体火箭推进系统振动频率对流体惯性参数的敏感程度比流体阻力参数和流体刚度参数明显大,泵前短管流体惯性的变化对推进系统振动频率的影响最大,补偿管路流体刚度的变化对推进系统振动频率的影响最小。为合理设计推进系统的动力学参数,降低推进系统的振动频率,抑制 POGO 振动的发生提供理论依据。     

固体捆绑火箭姿控系统建模与设计研究

针对固体捆绑火箭复杂空间模态对姿控系统的影响问题,推导建立了新的姿态动力学模型,分析了弹性振动对三通道姿态运动的影响并采用逆Nyquist阵列法进行了姿控系统设计。首先建立了新的固体捆绑火箭姿态动力学模型,模型中基于有限元法导出了弹性振动方程,这是与传统模型最主要的区别。然后针对弹性振动引起的三通道姿态运动间耦合问题,分析了耦合的强弱,采用逆Nyquist阵列法设计了控制器。最后通过时域仿真验证了方法的可行性。结果表明,虽然结构上捆绑火箭芯级和助推之间纵、横、扭耦合比较明显,但引起的三通道间耦合却比较弱,被控模型在设计频段内具有明显的对角优势性质。采用逆Nyquist阵列法设计的控制器是可行的,仿真结果满足工程要求。     

长征系列运载火箭介绍:长征一号系列(二)

五、制导和控制系统长征一号飞行分为第一、二级动力飞行、第二级滑行和第三级加速飞行三个阶段。除第三级加速的火箭自旋稳定，箭上仅靠时；司指令装置控制外，其余都由装在二子级火箭上的全惯性控制系统控制。1．制导系统制导系统采用位置捷联补偿纵向制导加坐标转换横向导引     

新型整星隔振器隔振性能分析

对整星进行振动隔离是降低作用于卫星上振动载荷的有效方法。在不改变火箭及卫星现有结构条件下，设计新型圆盘隔振器来实现整星隔振。通过建立隔振器动力学方程及有限元模型，分析了卫星-圆盘隔振器耦合系统的复模态、振动传递率及不同阻尼对隔振效果的影响。结果表明，在不改变星箭结构条件下，新型圆盘隔振器能有效地隔离振动载荷。     

捆绑火箭POGO振动动力学模型的研究

确定了捆绑火箭POGO振动动力学模型中蓄压器的最佳安装位置,简化了液体捆绑火箭动力学模型。基于AMESim软件搭建捆绑火箭动力学仿真模型,分析了蓄压器的安装位置对捆绑火箭POGO振动系统的系统阻尼比的影响,以及贮箱、直管、泵和推力室产生的作用力对系统阻尼比的影响。结果表明:蓄压器安装在芯级氧路和助推氧路的系统阻尼比提升最大,POGO振动的抑制效果最好;推力室产生的作用力对系统阻尼比的影响占主导地位,故仅需考虑推力室产生的作用力,以简化捆绑火箭POGO振动动力学模型。该研究可应用于POGO振动的仿真过程。     

捆绑火箭模态的传递矩阵全耦合算法

本文发展了适用于捆绑火箭的各向耦合自由振动的传递矩阵法，并对捆绑结构的处理难点－捆绑边界条件的处理给出了理论的说明，因而本方法是适用于各种捆绑结构振动模态分析的通用方法，对捆绑火箭１／１０比例模型进行计。算比较表明，传递矩阵法是适合于捆绑结构模态计算的方法。     

推进剂粘弹性对固体火箭飞行模态特性的影响

常规固体火箭振动模态特性分析中不考虑推进剂粘弹性的影响,实际上在飞行过程中推进剂的粘弹性会使固体火箭呈现复杂、变化的模态特性。飞行过程中,一旦结构的某阶模态与燃烧室声腔发生耦合振动,就有可能诱发燃烧不稳定,因此有必要掌握全箭实时模态参数。针对粘弹性推进剂使得火箭飞行过程实时模态参数难以预测的问题,提出了一种数值仿真模型修正方法,以空、满载固体火箭地面模态试验结果与仿真结果进行对比,证明了方法的准确性。对空、满载火箭模态参数进行对比还可以发现,当推进剂厚度随着燃烧逐渐变薄,全箭在弯曲振动中,发动机壳体的截面变形逐渐增大;发动机呼吸振动幅值也随之变大。在已知燃面退移量的前提下,可准确预示全箭在飞行过程中的实时模态参数,极大提升了固体火箭在飞行过程中的振动问题的分析及排查能力。     

临界阻尼比法在POGO振动稳定性分析中的适用性

以典型的单元推进剂液体火箭模型为例,通过Hurwitz稳定性判据导出POGO振动稳定的充分必要条件,在此基础上深入研究阻尼比等参数对POGO振动稳定性的影响机理。研究发现,当结构阻尼比小于推进系统阻尼比时,结构阻尼比对于POGO振动稳定性的影响是单调上升的,此时临界阻尼比法是适用的;当结构阻尼比大于推进系统阻尼比时,结构阻尼比对于POGO振动稳定性的影响则是非单调和复杂的,增加结构阻尼比,可能提高系统稳定性,也可能降低系统稳定性,此时临界阻尼比法已不适用。相同的结论适用于推进系统阻尼比。本文还进一步指出结构与推进系统的耦合强度是POGO振动稳定性的决定因素。     

液体火箭发动机的稳定性试验

叙述的一种实验装置,可用来研究可贮存液体发动机的喷射区对声学干扰的整体响应特性.这一装置是以ONERA(法国国立宇航研究所)已成功地应用在固体火箭发动机中的方法为基础的.其中包括了用间歇调制喷管喉径的方法使一台模型小火箭的周期性振荡频率接近其一次纵向振型.在此情况下的喷射区的响应特性是由测量其一次纵向振型压力振荡的阻尼值来定量的,在以前的一篇文献中业已证明:在一台小型液体火箭发动机中,有可能触发出其一次纵向振型,并精确地测出不同阻尼值与参数变化之间的关系,例如用不同的喷注器、燃烧室压力、不同种类的燃料及喷管进口截面比等变化情况.这些实验采用了轴向喷注器,并假定推进剂的喷射和燃烧主要是受声压振荡干扰的(压力耦合).叙述在沿燃烧室全长的一半处装有径向喷注器的火箭发动机试验.试图用这种方式使喷雾和燃烧区受到声速扰动(速度耦合).并研究各种喷注器型式、燃烧室压力和燃料对声速扰动的影响.其间曾出现过若干自然的燃烧不稳定现象.还叙述用轴向喷注器进行的一些补充试验.对这两类实验结果加以比较即能鉴别压力耦合和速度耦合的不同特性.从某个技术角度看来,如果证实这类小型火箭发动机所获得的实验结果能转用于大型发动机,那么这种实验装置对研究液体火箭发动机的不稳定燃     

液容器的特性及安装位置的讨论

为了抑制运载火箭的纵向耦合振动,常在泵前安装液容器,但装在何处最好?作用如何?这是需要研究的。本文讨论了它的最佳安装位置,变频、稳压、稳频的作用,和流体系统固有频率的近似公式。     

补燃发动机总体布局动态设计研究

基于经典的振动理论,结合现代的有限元分析方法,研究了补燃火箭发动机整机结构以及主要管路的固有频率和振型,进行了整机结构中的Y形管模态试验,并分析了真实发动机试车时的主导振动频率。结果表明,Y形管的计算固有频率和试验固有频率相符,振型一致;管路系统的固有频率高于发动机整机的固有频率;发动机试车时的主导振动频率与其固有特性不相耦合。模态计算和试验结果表明,该发动机总体布局结构在动态特性上是合理的。