微重力充液系统大幅晃动动力学及其在航天高技术中的应用

本文首先论述了在微重力环境下充液系统大幅晃动动力学的理论基础，其次阐明了它在充液航天器动力学与控制中的应用，最后分析了液体大幅晃动自由边界的确定以及数值稳定性等问题。     

半圆形挡板防晃特性的计算

横向半圆形挡板是一种高效阻尼挡板,广泛应用于我国的火箭型号设计之中。本文用摄动法从理论上对半圆形挡板的阻尼及半圆形挡板对晃动频率,晃动质量的影响进行了近似计算,计算结果与实验结果吻合,精度满足工程要求。本文给出的这一理论计算方法简单而有效,特别适用于工程设计。     

充液航天器大角度机动自适应无源控制

研究了基于自适应无源控制的三轴稳定充液航天器大角度姿态机动问题.将液体晃动等效为黏性球摆模型，利用动量矩守恒定理推导出充液航天器耦合动力学方程.针对陀螺故障及无陀螺配置导致航天器姿态无角速度测量的情况，同时考虑存在外部未知干扰、转动惯量不确定性以及液体晃动位移不可测量的特性，设计自适应输出反馈无源控制，其中自适应更新律用于补偿外部未知干扰和估计液体晃动的位移变量.利用Lyapunov方法和LaSalle不变引理，证明该控制律不但可以保证闭环系统渐进稳定，而且可以保证二个期望平衡位置均达到稳定.仿真结果验证了本文控制方法的有效性.      

在局部十字分隔贮箱内液体晃动固有频率的试验研究

本文简介了在局部十字分隔贮箱内液体晃动固有频率的分析和实验结果。对不同激励方位的晃动现象和固有频率特点,作了分析比较,指出了分隔贮箱能提高晃动固有频率,有利于控制系统设计;对两种不同的分隔状况,其过渡区的效应是否同的,并给出了相应的半经验公式。     

大容量推进剂贮箱液体晃动性能试验

对某种内带推进剂管理装置（PMD）的大容量推进剂贮箱内液体晃动性能进行试验.开展不同充液比工况下空壳贮箱液体晃动试验,分析比较晃动试验结果与采用等效动力学模型的液体晃动理论计算结果,两者结果一致吻合,试验系统可靠性和理论模型的正确性得到良好验证.然后开展了不同充液比工况下内带PMD贮箱液体晃动试验,试验结果表明贮箱内液体晃动性能受内部PMD结构影响明显.该试验研究结果为运载火箭和卫星的姿态和轨道控制系统的设计优化提供重要参考和数据支撑.     

晃动基座捷联惯导系统初始对准迭代方法

由于受风力或发动机启动等因素的影响,惯导系统载体(如导弹、飞机、舰船和车辆)经常遇到低频晃动的情况。晃动干扰使得陀螺测量到的地球自转角速度信噪比大幅下降,从而导致常用的对准方法无法满足高精度初始对准要求。针对这一问题,提出了一种基于晃动基座的捷联惯导系统迭代初始对准方法。本方法由惯性导航计算出水平速度误差,利用最小二乘法估算出水平角速度误差、姿态误差和航向误差,然后进行迭代计算,从而算出导航初始时刻的姿态和航向。车载(发动机启动)试验结果表明,该算法既提高了晃动基座条件下的初始对准精度,航向角误差的方差采用静态对准时为0.39244°,摇摆对准为0.03331°,本文采用的迭代对准为0.00883°,缩短了对准时间,迭代对准2min的航向角精度等效于静态对准和摇摆对准5min的精度。     

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。     

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。     

基于SPH方法的圆柱形贮箱液体晃动研究

在飞行器燃油供给方式的选择和飞行姿态控制调整中,必须充分考虑贮箱内燃油的晃动情况及其对贮箱冲击力的影响。然而液体晃动问题的高度非线性使得其研究极具挑战性。采用光滑质点流体动力学方法对圆柱形贮箱内液体的晃动进行建模仿真,将晃动液体的控制微分方程组离散到一系列流体粒子上,从而将不同物理量函数的连续积分转换成支持域内粒子的离散化求和形式,通过求解线性方程组得到数值解。在固壁边界上布置一组虚粒子,以对内部粒子产生排斥力来模拟固壁边界条件,同时采用狄利克雷边界条件方法模拟自由液面,实现对自由液面的追踪。将仿真的液面变化与试验结果作了对比,吻合较好。得到了贮箱壁面上不同监测点的压强变化以及贮箱与液体之间的相互作用力,并说明了结果的准确性。数值计算方法对液体晃动问题的研究提供一定参考价值。     

跟踪微分器在车载晃动基座粗对准中的应用研究

阐述了TD跟踪微分器在信号跟踪和滤波的基本原理,针对载体处于大晃动的条件下难以实现粗对准这一问题,在已有惯性系对准方法的基础上提出了改进的惯性系对准方案,即采用TD跟踪微分器进行加速度计的线加速度的重构和滤波,以抑制线晃动干扰。通过对车载实测数据的计算机仿真与分析,并与经典的IIR滤波比较,结果证明,该抗线干扰技术具有抗干扰能力强、稳定性较好和精度高的特点。是一种抗强晃动干扰的有效粗对准方案。