液体大幅晃动的高精度等效模型研究

【作者】 卢煜； 岳宝增；

【机构】 北京理工大学宇航学院；

【摘要】 为了完成复杂的、长时间的飞行任务,现代航天器通常需要携带大量的液体燃料,而液体燃料的大幅晃动会对航天器的运行和姿态控制产生非常大的影响。传统的单摆等效模型或者弹簧-质量块等效模型通常只适用于模拟液体小幅晃动。为了研究液体大幅晃动对航天器姿态的影响,采用一种等效力学模型——运动脉动球模型(MPBM),将航天器储箱中液体等效成质量不变、半径发生变化、与储箱壁始终保持接触的均匀球体。MPBM模型能够有效计算液体与储箱之间的相互作用力,并预测液体质心的运动轨迹,球体的"脉动"也能够揭示液体大幅晃动时对容器的冲击。考虑到航天器所处的加速度环境,将液体所受到的重力及惯性力等效到脉动球的质心,建立球形容器中运动脉动球的动力学方程,求解动力学方程,可以预测球腔中液体大幅晃动所产生的晃动力。通过与其他数值方法或实验得到的结果进行比较,证明了MPBM等效模型的有效性。将MPBM模型与航天器主刚体的运动相结合,能够很好地揭示充液航天器运行过程中的刚液耦合效应,对实际工程具有良好的参考意义。更多还原