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火星大气环境下发动机喷流对飞行器气动特性的影响分析 被引量：1
1
作者 孙阳 宣传伟 +2 位作者 王吉飞 王亚博 刘锦凡 《上海航天（中英文）》 CSCD 2024年第4期51-57,共7页
本文采用计算流体力学(CFD)方法模拟火星大气参数和发动机喷流,研究火星大气对飞行器气动特性的影响,针对发动机喷流对火星大气环境下细长体飞行器的气动特性影响开展了研究。计算结果表明:相较地球大气,火星大气环境计算出的轴向力系... 本文采用计算流体力学(CFD)方法模拟火星大气参数和发动机喷流,研究火星大气对飞行器气动特性的影响,针对发动机喷流对火星大气环境下细长体飞行器的气动特性影响开展了研究。计算结果表明:相较地球大气,火星大气环境计算出的轴向力系数更大,压心系数在跨声速段波动更小。为了进行精细化的火星飞行器气动外形设计,需要进一步优化火星大气计算模型,更加真实地模拟火星大气环境带来的影响。火星大气环境下的发动机喷流也会显著改变上升飞行器的全箭气动特性,影响飞行器表面的压力分布和下游流场区域。火星飞行器受到喷流影响,轴向力系数在Ma=5前变小,在Ma=5后变大,法向力系数以及压心系数在跨声速段会突然减小。 展开更多
关键词 火星大气环境 细长体飞行器 压心系数 计算流体力学(CFD)
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运载火箭跨音速气动阻尼数值分析
2
作者 宣传伟 王吉飞 +3 位作者 王亚博 李鑫 刘锦凡 孙阳 《上海航天（中英文）》 CSCD 2024年第4期44-50,共7页
运载火箭跨音速飞行时气动阻尼的评估(即是否会出现负阻尼现象)是型号研制流程中至关重要的一环。传统气动阻尼风洞试验耗时耗力,严重制约新型火箭的研制,亟须一种快速高效的气动阻尼评估算法。基于计算流体动力学(CFD)/计算结构动力学(... 运载火箭跨音速飞行时气动阻尼的评估(即是否会出现负阻尼现象)是型号研制流程中至关重要的一环。传统气动阻尼风洞试验耗时耗力,严重制约新型火箭的研制,亟须一种快速高效的气动阻尼评估算法。基于计算流体动力学(CFD)/计算结构动力学(CSD)耦合迭代对某型火箭模型跨音速气动阻尼特性进行分析。其中,非定常气动力通过求解纳维-斯托克斯(N-S)方程获得,结构动响应通过模态叠加法求解,流固界面间数据的传递通过逆距离插值技术实现。在寻找最近邻节点时使用高效kD-Tree数据结构大幅提高插值效率。数值仿真结果与风洞试验结果趋势一致,说明了本文数值算法的有效性。本文工作可用于型号研制方案阶段的快速评估,相比于常规气动阻尼风洞试验,能够显著加快型号研制流程。最后,针对仿真值与试验值之间存在的偏差,本文从计算模型处理、仿真算法和动力学特性3个角度对偏差存在的原因进行了分析,为后续提高仿真精度指明了方向。 展开更多
关键词 运载火箭 跨音速 数值仿真 气动阻尼 阻尼辨识
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液体火箭纵向耦合振动特性的快速求解方法 被引量：6
3
作者 徐得元 郝雨 +3 位作者 杨琼梁 刘锦凡 柳征勇 唐国安 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期21-27,共7页
针对POGO稳定性分析方法中矩阵法难以进行特征值求解这一问题,在其基础上对扰动力的阻抗函数矩阵进行有理多项式逼近,采用引入辅助变量的技术,将结构与推进耦合系统的控制方程等效地变换成与结构动力学方程一致的形式,因此可以通过快速... 针对POGO稳定性分析方法中矩阵法难以进行特征值求解这一问题,在其基础上对扰动力的阻抗函数矩阵进行有理多项式逼近,采用引入辅助变量的技术,将结构与推进耦合系统的控制方程等效地变换成与结构动力学方程一致的形式,因此可以通过快速求解矩阵特征值来确定耦合系统的动力学特性,判断系统的稳定性。经过验证,此方法不仅求解快速,且具有很高的精度。 展开更多
关键词 液体推进剂火箭 推进与结构耦合振动 纵向耦合振动 有理多项式逼近 矩阵特征值
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基于特征空间变换的运载火箭Pogo模型降阶方法 被引量：1
4
作者 谭述君 高强 +1 位作者 赵旺 刘锦凡 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期450-457,共8页
针对运载火箭Pogo状态空间模型存在维数高和奇异性的问题,开展了Pogo模型的降阶方法研究。基于特征空间变换理论,导出了一般形式的Pogo状态空间模型的解耦形式。该形式与推进系统和结构系统的模态频率相对应,从而通过模态截断或保留感... 针对运载火箭Pogo状态空间模型存在维数高和奇异性的问题,开展了Pogo模型的降阶方法研究。基于特征空间变换理论,导出了一般形式的Pogo状态空间模型的解耦形式。该形式与推进系统和结构系统的模态频率相对应,从而通过模态截断或保留感兴趣的模态实现有效的模型降阶。同时,还给出了降阶方法的实数运算公式。在两种不同型号推进系统的火箭Pogo问题中进行了仿真校验。结果表明所提出的降阶方法对奇异和非奇异Pogo状态空间模型都能给出正确的降阶模型,显著地提高计算效率,具有很好的通用性,为Pogo时域仿真和主动抑制提供了合适的模型。 展开更多
关键词 Pogo振动 模型降阶 特征空间变换 时域仿真 主动Pogo抑制
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基于补燃循环低温液氧/煤油火箭的POGO稳定性分析 被引量：3
5
作者 张卫东 刘锦凡 +1 位作者 余延生 周遇仁 《上海航天》 2016年第B05期36-42,共7页
以采用低温液氧/煤油补燃循环发动机的某运载火箭为研究对象,根据动量方程、能量方程和质量守恒方程,用模块化方法建立了补燃循环发动机特有的燃气发生器、涡轮、燃气导管和气-液型推力室的传递矩阵模型,基于Nyquist判据建立了全箭纵向... 以采用低温液氧/煤油补燃循环发动机的某运载火箭为研究对象,根据动量方程、能量方程和质量守恒方程,用模块化方法建立了补燃循环发动机特有的燃气发生器、涡轮、燃气导管和气-液型推力室的传递矩阵模型,基于Nyquist判据建立了全箭纵向耦合振动(POGO)稳定性分析模型。用新模型分析了该运载火箭的POGO稳定性,确定了蓄压器pV值设计要求为0.4MPa·L。飞行试验考核表明:整个飞行中未发生POGO振动,理论分析结论与飞行试验结论一致,稳定性分析模型合理可靠,可用于后续采用低温液氧/煤油补燃循环发动机火箭的POGO稳定性分析。 展开更多
关键词 液氧/煤油运载火箭 补燃循环发动机 POGO稳定性 POGO分析模型 传递矩阵模型 Nyquist判据 蓄压器pV值
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蓄压器膜盒机械刚度对液体火箭POGO振动影响研究 被引量：9
6
作者 刘锦凡 孙丹 +2 位作者 陈雪巍 余延生 毛玉明 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第19期168-171,共4页
在以往的POGO分析中,蓄压器的模型并未考虑膜盒机械刚度。但试验表明,蓄压器金属膜盒具有一定机械刚度,尤其是在受到较大压缩时,机械刚度会很大。较大的机械刚度会降低蓄压器的总柔度,影响蓄压器对POGO的抑制效果。基于气液接触面的力... 在以往的POGO分析中,蓄压器的模型并未考虑膜盒机械刚度。但试验表明,蓄压器金属膜盒具有一定机械刚度,尤其是在受到较大压缩时,机械刚度会很大。较大的机械刚度会降低蓄压器的总柔度,影响蓄压器对POGO的抑制效果。基于气液接触面的力平衡条件和流量连续方程,推导了考虑膜盒机械刚度的蓄压器动力学模型。并将新模型应用于某型号火箭的POGO稳定分析,分析了蓄压器膜盒刚度对POGO稳定性的影响。仿真结果表明,考虑膜盒机械刚度的蓄压器动力学模型比传统模型有更高的计算精度。因此在工程实际中考虑膜盒机械刚度的POGO稳定性分析结果更加准确可靠。 展开更多
关键词 P0G0 蓄压器 膜盒刚度 动力学模型
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液体火箭纵向耦合振动建模及其动态特性分析 被引量：2
7
作者 郝雨 徐得元 +3 位作者 杨琼梁 刘锦凡 柳征勇 唐国安 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第24期71-76,共6页
针对液体火箭结构-推进系统的纵向耦合振动问题,建立推进系统各个组件的时域动力学模型,推导出结构-推进耦合系统二阶线性微分方程形式的控制方程。该方法能快速求解得到耦合系统的全部特征值,而且还能在此基础上分析特征值关于蓄压器... 针对液体火箭结构-推进系统的纵向耦合振动问题,建立推进系统各个组件的时域动力学模型,推导出结构-推进耦合系统二阶线性微分方程形式的控制方程。该方法能快速求解得到耦合系统的全部特征值,而且还能在此基础上分析特征值关于蓄压器和泵的物理参数的灵敏度,为液体火箭推进系统的参数优化提供技术手段。 展开更多
关键词 液体推进剂火箭 耦合 振动 灵敏度
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运载火箭POGO主动抑制的LQR控制器设计
8
作者 赵旺 刘锦凡 +2 位作者 谭述君 毛玉明 吴志刚 《强度与环境》 CSCD 2021年第1期47-56,共10页
针对传统蓄压器难以满足大型捆绑火箭的Pogo抑制要求的问题,本文提出了基于LQR控制器设计的Pogo主动抑制方法。以采用低温液氧/煤油补燃循环发动机的某运载火箭为研究对象,建立了Pogo主动控制单元模型,导出了Pogo控制系统的状态空间模型... 针对传统蓄压器难以满足大型捆绑火箭的Pogo抑制要求的问题,本文提出了基于LQR控制器设计的Pogo主动抑制方法。以采用低温液氧/煤油补燃循环发动机的某运载火箭为研究对象,建立了Pogo主动控制单元模型,导出了Pogo控制系统的状态空间模型;以泵入口压强最小为指标,设计了LQR全状态反馈控制器和部分状态反馈控制器,实现运载火箭Pogo振动的主动抑制;进而研究了控制器尺寸及安装位置对控制效果的影响。最后通过对某型号运载火箭Pogo主动抑制设计的稳定性分析和时域仿真,表明所设计的Pogo主动抑制器有效地提高了系统阻尼、抑制了Pogo振动,对模型偏差具有很强的鲁棒性,优于传统的蓄压器设计;并且对控制器尺寸和安装位置不敏感,有利于工程实现。 展开更多
关键词 Pogo振动 稳定性 主动抑制 LQR 鲁棒性
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液体火箭POGO振动分析的矢量拟合法 被引量：4
9
作者 刘涛 刘锦凡 唐国安 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第19期26-30,51,共6页
针对液体火箭的POGO振动现有分析方法存在不足的问题。建立了火箭推进-结构系统的传递函数,采用矢量拟合法对传递函数进行有理分式拟合,借助稳态图法确定传递函数稳定的极点,进而通过极点分布判断POGO稳定性;进一步分析了蓄压器不同设... 针对液体火箭的POGO振动现有分析方法存在不足的问题。建立了火箭推进-结构系统的传递函数,采用矢量拟合法对传递函数进行有理分式拟合,借助稳态图法确定传递函数稳定的极点,进而通过极点分布判断POGO稳定性;进一步分析了蓄压器不同设计状态对POGO振动的抑制效果并与临界阻尼法进行了对比。结果表明矢量拟合法比临界阻尼法具有更高的精度,并确定蓄压器PV值在0.157~0.196 MPaL范围内抑制效果最好;该方法可为其它液体火箭的POGO振动抑制提供参考。 展开更多
关键词 POGO振动 矢量拟合法 稳态图 蓄压器
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火箭贮箱液体防晃特性数值分析 被引量：1
10
作者 宣传伟 王吉飞 +3 位作者 王亚博 刘锦凡 孙阳 张众 《上海航天（中英文）》 CSCD 2023年第S01期47-53,共7页
基于计算流体动力学(CFD)仿真对某型火箭液体贮箱3种不同构型防晃装置的防晃特性进行对比研究。采用连续小波变换方法对贮箱晃动阻尼进行了辨识。仿真结果表明:当充液比为50%时,增加半月形防晃板或在十字隔板上打孔(孔的总面积小于十字... 基于计算流体动力学(CFD)仿真对某型火箭液体贮箱3种不同构型防晃装置的防晃特性进行对比研究。采用连续小波变换方法对贮箱晃动阻尼进行了辨识。仿真结果表明:当充液比为50%时,增加半月形防晃板或在十字隔板上打孔(孔的总面积小于十字隔板总面积10%)对液体晃动频率的影响较小(不足10%),但对晃动阻尼影响明显。增加半月形防晃板可将晃动阻尼提高约15%,而在十字隔板上打孔可将晃动阻尼提高约84%。由此说明,隔板打孔在减轻防晃装置重量的同时也具有显著的防晃效果。 展开更多
关键词 液体火箭 数值仿真 液体晃动 阻尼辨识 液体贮箱
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