微重环境小脉冲激励下液体小幅晃动等效模型

【作者】 陈宗宇； 宋志军； 吕敬； 王天舒；

【机构】 北京航空航天大学航空科学与工程学院； 清华大学航天航空学院；

【摘要】 现代航天器通常具有较高的液体质量占比,微重环境下充液系统动力学特性分析与控制研究已成为航天工程领域中的重要课题。传统CFD方法能对微重环境下液体晃动问题进行精准的描述,但由于星载计算机所承担计算任务繁重,故分配大量计算资源支持晃动问题的在线求解目前尚有难度。当前等效力学模型方法对常重环境的液体小幅晃动行为可以进行精确描述,但其在微重环境下的理论尚未完善。本文针对航天工程中常见的小脉冲激励工况,提出了一种基于数据驱动的等效模型,此方法可以有效解决微重环境液体小幅晃动问题。对微重环境小脉冲激励下的充液系统进行了晃动特性分析,发现了在此条件下充液系统响应量与激励量之间的正比关系,并以此提出了描述充液系统响应量与激励量之间线型关系的数学模型。通过若干组CFD数值实验获取所需的数据集,再使用最小二乘法对数据进行回归处理,进而求解出等效模型参数,完成了模型的求解。因在轨实验数据难以获取,模型校验是通过对比CFD数值实验的响应与等效模型预测的响应展开,对比结果表明:等效模型的误差一般小于10%,并给出了模型的最佳适用范围。此等效模型方法的提出基于了液面形状不发生变化的假设,故描述液面形状发生变化的充液系统会产生一定的误差。因此考虑液体质心发生位移的等效模型方法为今后需要研究的重要方向。更多还原