储液罐动力学与控制研究进展 被引量：27

1

作者 岳宝增 祝乐梅 于丹 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期79-92,共14页

阐述了储液罐动力学与控制的工程应用背景,从3个方面回顾了储液罐动力学与控制的研究进展,即:储液罐类液体晃动动力学、液体晃动等效力学模型和储液罐多体系统动力学与控制.其中对储液罐类液体晃动动力学的研究成果从解析方法和数值方... 阐述了储液罐动力学与控制的工程应用背景,从3个方面回顾了储液罐动力学与控制的研究进展,即:储液罐类液体晃动动力学、液体晃动等效力学模型和储液罐多体系统动力学与控制.其中对储液罐类液体晃动动力学的研究成果从解析方法和数值方法两方面进行了概述;在储液罐多体系统动力学中概述了车载、船载储液罐系统动力学和充液航天器固-液-控耦合动力学近年米的研究成果.对今后需要进一步开展的研究方向进行了展望. 展开更多

关键词 储液罐动力学 液体晃动动力学 晃动等效力学模型 充液航天器 多体系统动力学

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充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用 被引量：37

2

作者 李青 王天舒 马兴瑞 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期472-481,共10页

随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高,液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加.液体推进剂的晃动影响着航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性,是航天器动力学中一个备受关注的问题.充液航天器中晃动... 随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高,液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加.液体推进剂的晃动影响着航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性,是航天器动力学中一个备受关注的问题.充液航天器中晃动的液体是一个分布参数系统,理论上是无穷维的,而工程上希望建立的数学模型是简单、低维的,因此对液体晃动等效力学模型的研究经久不衰.另外,液体推进剂对航天器的结构动特性有着重要的影响,在建立充液航天器的结构动力学模型时需要考虑液体推进剂与贮箱等结构的耦合效应.本文首先结合液体晃动动力学理论和航天工程实际,从理论研究、数值研究和实验研究等三个方面综述了国内外在充液航天器液体晃动动力学领域的研究现状,并以此为基础介绍了航天工程中液体晃动等效力学模型的应用进展情况;然后,以液体运载火箭为例概述了国内外在充液航天器液固耦合建模方面的成果,介绍了求解液固耦合问题的数值方法和应用软件;最后,根据航天器工程的发展需求,对充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的进一步研究方向提出了一些建议. 展开更多

关键词 液体晃动 等效力学模型 液固耦合 航天器动力学

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火箭推进剂液体晃动关机响应的数值仿真 被引量：8

3

作者 包光伟 王振强 +1 位作者 张天翔 陈健 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期84-88,共5页

本文采用 VOF方法对火箭发动机关机阶段所引起的液体晃动进行了数值仿真 ,以氧化剂贮箱为例 ,得到了贮箱无阻尼环和带阻尼环时的晃动仿真图和液体质心变化曲线。检验了 VOF方法处理碎波的能力。

关键词 液体晃动 Vof方法 航天器动力学 火箭推进剂 数值仿真 关机响应

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充液航天器大幅晃动耦合动力学建模仿真研究 被引量：9

4

作者 黄华 周志成 +2 位作者 杨雷 张熇 曲广吉 《航天器工程》 2009年第5期37-41,共5页

针对充液航天器大幅液体晃动与全星姿态运动的耦合问题,文章采用三维质心面法建立了储箱级等效力学模型和全星级耦合姿态动力学方程。该方法将储箱内液体等效为只能在其质心面内运动的质心点,而液体晃动对储箱的作用力(含力矩)用质心点... 针对充液航天器大幅液体晃动与全星姿态运动的耦合问题,文章采用三维质心面法建立了储箱级等效力学模型和全星级耦合姿态动力学方程。该方法将储箱内液体等效为只能在其质心面内运动的质心点,而液体晃动对储箱的作用力(含力矩)用质心点与质心面之间的相互作用来模拟,同时利用牛顿-欧拉法推导了液体晃动与航天器姿态运动的耦合动力学方程。数值仿真表明,计算结果与其国外实验卫星的在轨测量结果基本一致,从而初步验证了质心面等效力学模型用于全星级大幅液体晃动耦合动力学分析的有效性。 展开更多

关键词 航天器 耦合动力学 液体晃动 质心面等效力学模型 数值仿真

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复杂结构充液航天器晃动动力学与姿态稳定性 被引量：3

5

作者 王照林 全斌 +1 位作者 邓重平 王士敏 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1991年第2期1-8,共8页

复杂充液航天器的晃动及其对控制系统的影响是当前空间高技术的重要问题。 本文首先由力学变分原理导出充液复杂系统的方程式,其中包括流体力学方程和相应的边界条件,以及弹性连续介质力学方程;特别是,考虑了强毛细作用力的影响。其次,... 复杂充液航天器的晃动及其对控制系统的影响是当前空间高技术的重要问题。 本文首先由力学变分原理导出充液复杂系统的方程式,其中包括流体力学方程和相应的边界条件,以及弹性连续介质力学方程;特别是,考虑了强毛细作用力的影响。其次,考查了微重条件下带有隔板的贮箱内的液体晃动、带有网孔隔板腔体内的液体晃动和粘弹性隔板对抑制晃动的作用。另外,本文将分析带有多腔充液自旋卫星的姿态稳定性,以及晃动、液体涡旋、贮箱偏置,能量耗散和哥氏加速度对卫星运动的影响。最后,讨论了多体系统充液挠性空间飞行器的稳定性问题。 同时,本文给出了数值计算结果和某些试验结果,并与理论分析作了对比。 展开更多

关键词 液体晃动 晃动抑制 充液航天器

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用多维模态理论分析航天器贮箱液体有限幅晃动力 被引量：7

6

作者 余延生 马兴瑞 王本利 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期981-985,共5页

首次将多维模态理论应用到求解航天工程中常见的圆柱贮箱液体非线性晃动问题中。针对贮箱作水平横向运动,根据Narimanov-Moiseev的三阶渐近假设关系,通过选取主导模态以及确定它们的阶次关系,将一般形式的无穷维模态系统降为5维渐近模... 首次将多维模态理论应用到求解航天工程中常见的圆柱贮箱液体非线性晃动问题中。针对贮箱作水平横向运动,根据Narimanov-Moiseev的三阶渐近假设关系,通过选取主导模态以及确定它们的阶次关系,将一般形式的无穷维模态系统降为5维渐近模态系统。在模态系统基础之上,推导出了液体作用于贮箱壁的力的简洁表达式。数值仿真结果表明,相对于线性晃动理论结果,有限幅晃动液体将对贮箱壁产生更大的横向作用力,同时对贮箱底部还作用有明显的纵向力。可将此公式应用于工程实际问题中部分充液贮箱液体有限幅晃动力的估算。 展开更多

关键词 航天器贮箱 液体非线性晃动 有限幅晃动力 多维模态理论 模态系统

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液体大幅晃动情形的航天器刚液耦合动响应仿真分析 被引量：6

7

作者 岳宝增 马伯乐 +1 位作者 唐勇 刘峰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期173-182,共10页

基于任意拉格朗日-欧拉有限元(ALE)方法处理液体大幅晃动问题,并系统地建立了航天器刚-液耦合动力学的数值模型。通过液体受惯性力、刚体受流体作用力与力矩来实现系统的耦合,采用交错算法对液体晃动模块与刚体动力学模块进行迭代求解... 基于任意拉格朗日-欧拉有限元(ALE)方法处理液体大幅晃动问题,并系统地建立了航天器刚-液耦合动力学的数值模型。通过液体受惯性力、刚体受流体作用力与力矩来实现系统的耦合,采用交错算法对液体晃动模块与刚体动力学模块进行迭代求解。将刚-液耦合系统的数值计算结果与物理试验及液体刚化计算结果进行了比较,验证了本文方法的适用性和准确性。成功通过数值仿真观察到耦合系统中贮箱横向振动的非线性软弹簧特性、液体的高阶模态响应,并分析了液体晃动对耦合系统的影响。 展开更多

关键词 耦合动力学 充液航天器 液体大幅晃动 有限元方法 球形贮箱

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微重力环境下充液球腔非线性耦合动力学研究 被引量：11

8

作者 岳宝增 陈立群 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2008年第8期983-990,共8页

采用球坐标系描述球腔中的液体动力学特性并建立一种轴对称贮腔类液刚耦合系统动力学模型.采用模态展开方法分析了微重环境下球形贮箱中的液体晃动问题,给出了球形贮箱内液体晃动速度势函数和波高函数的Gauss超几何级数解析表达式.采用... 采用球坐标系描述球腔中的液体动力学特性并建立一种轴对称贮腔类液刚耦合系统动力学模型.采用模态展开方法分析了微重环境下球形贮箱中的液体晃动问题,给出了球形贮箱内液体晃动速度势函数和波高函数的Gauss超几何级数解析表达式.采用变分原理推导了系统动力学系模型,利用Galerkin方法对变分方程进行特征频率分析.运用Lagrange方法及非线性动力学方法导出了微重力环境下贮箱中液体与航天器结构耦合的动力学方程组,并对该方程组进行了数值计算,绘出了非线性耦合充液系统自由度随时间的变化历程. 展开更多

关键词 微重力 充液系统 耦合动力学 液体晃动 航天器

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基于螺旋理论的航天器相对运动建模与控制 被引量：7

9

作者 刘剑 朱战霞 马家瑨 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期590-595,共6页

应用螺旋理论对航天器相对轨道与姿态运动进行了研究。针对航天器相对运动过程中存在的姿态轨道耦合问题:基于刚体假设,推导建立了基于螺旋对偶式的航天器姿轨耦合相对运动模型;分析给出了航天器相对运动过程中姿态轨道的耦合效应;针对... 应用螺旋理论对航天器相对轨道与姿态运动进行了研究。针对航天器相对运动过程中存在的姿态轨道耦合问题:基于刚体假设,推导建立了基于螺旋对偶式的航天器姿轨耦合相对运动模型;分析给出了航天器相对运动过程中姿态轨道的耦合效应;针对所建模型的强耦合、非线性特性,在控制律设计时采用了非线性前馈控制,最后进行了数值仿真,结果表明了该模型和控制律的有效性,可为工程应用提供参考。 展开更多

关键词 螺旋理论 螺旋对偶式 姿轨耦合 耦合控制

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带多个充液储箱航天器的耦合动力学建模方法 被引量：3

10

作者 黄华 曲广吉 《空间控制技术与应用》 2010年第3期14-19,共6页

研究了充液航天器储箱内液体晃动与全星姿态运动的耦合动力学建模方法.分别基于单摆等效力学模型和质心面等效力学模型建立了全星姿态耦合动力学方程,并分别针对2个储箱串联布局、3个储箱并联布局的充液航天器在不同工况下的液体晃动问... 研究了充液航天器储箱内液体晃动与全星姿态运动的耦合动力学建模方法.分别基于单摆等效力学模型和质心面等效力学模型建立了全星姿态耦合动力学方程,并分别针对2个储箱串联布局、3个储箱并联布局的充液航天器在不同工况下的液体晃动问题进行了数值仿真研究;同时比较分析了两种储箱布局方案下液体晃动对航天器姿态运动的影响,为工程应用提供参考. 展开更多

关键词 航天器 液体晃动 等效力学模型 耦合动力学 数值仿真

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带自由面充液航天器的自旋稳定性分析 被引量：2

11

作者 包光伟 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第12期64-68,共5页

研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题．采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法建立液体受迫振动的离散的动力学方程，并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法．由系统的动量方程、动量矩方程和... 研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题．采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法建立液体受迫振动的离散的动力学方程，并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法．由系统的动量方程、动量矩方程和液体受迫振动方程建立起刚－液耦合系统的姿态动力学方程，并由Ｋｅｌｖｉｎ定理，给出了充液航天器的自旋稳定性判据．最后以圆柱腔为例，分析了充液航天器自旋稳定性的结果． 展开更多

关键词 航天器 动力学 液体晃动 自旋稳定性 充液航天器

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自旋液体晃动Pfeiffer方法的分析 被引量：5

12

作者 包光伟 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1993年第6期738-743,共6页

本文对研究自旋液体晃动的Pfeiffer方法提出了一种分析方法,从而将液体自由振动的稳定性的Pfeiffer方法推广于既有重力又有自旋的液体晃动的研究。

关键词 液体力学 自旋晃动 Pfeiffer法

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基于Floquet理论的储液罐动力稳定性分析 被引量：2

13

作者 杨宏康 高博青 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期378-384,共7页

为确定储液罐动力不稳定现象与激励参数间的关系,采用附加质量矩阵考虑流固耦合效应,以周期变化的几何刚度矩阵考虑壳体应力变化,由位移-压力格式的流固耦合方程建立储液罐在简谐地面加速度下的动力稳定性方程.利用模态截断法降阶上述方... 为确定储液罐动力不稳定现象与激励参数间的关系,采用附加质量矩阵考虑流固耦合效应,以周期变化的几何刚度矩阵考虑壳体应力变化,由位移-压力格式的流固耦合方程建立储液罐在简谐地面加速度下的动力稳定性方程.利用模态截断法降阶上述方程,并基于Floquet理论求解,从而递归搜寻由激励参数描述的动力不稳定边界.利用上述Floquet方法分析Chiba试验模型,并基于B-R准则复核该结果.结果表明,Floquet方法求得的动力不稳定边界与Chiba试验较一致,并与B-R法结果吻合良好.Floquet方法可显著提高动力不稳定边界的求解效率,并消除壳体振型半波假定的影响. 展开更多

关键词 流固耦合 储液罐 动力稳定性 FLOQUET理论 B-R准则

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带多个充液贮箱航天器的自旋稳定性 被引量：1

14

作者 包光伟 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2000年第1期74-80,共7页

本文研究带多个充液贮箱航天器的自旋稳定性问题，考虑了刚体相对于系统质心的平动、姿态、液体晃动三者的相互耦合作用，通过建立离散系统的动力学方程，导出了系统的自旋稳定性判据．

关键词 航天器 姿态动力学 自旋稳定性 充液贮箱

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充液航天器自旋稳定性分析的一种近似方法 被引量：1

15

作者 包光伟 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第8期1048-1052,共5页

研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题 .采用Galerkin方法建立液体受迫振动的离散动力学方程 ,并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法 .由系统的动量方程、动量矩方程和液体受迫振... 研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题 .采用Galerkin方法建立液体受迫振动的离散动力学方程 ,并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法 .由系统的动量方程、动量矩方程和液体受迫振动方程建立刚 -液耦合系统的姿态动力学方程 ,并由 Kelvin定理给出了充液航天器的自旋稳定性判据 .通过有限元分析 ,消去稳定性判据中的液体晃动特征模态矩阵 ,从而得到稳定性判据与充液腔体无关而仅与液体自由面有关的结论 .稳定性判据适用于带任意形状的轴对称充液腔的自旋航天器系统 . 展开更多

关键词 航天器动力学 液体晃动 自旋稳定性

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带充液腔重刚体的自旋稳定性 被引量：2

16

作者 刘延柱 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1992年第3期368-371,共4页

本文讨论带任意个充液腔的重刚体的自旋稳定性。以平均涡量作为液体的离散化变量,导出解析形式稳定性判据,并用于讨论充液自旋弹丸。对腔内隔板增强自旋稳定性的实际效果进行了估计。

关键词 刚体动力学 充液腔 自旋稳定性

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基于能量–Casimir方法的刚–液–柔耦合航天器系统稳定性分析

17

作者 岳宝增 闫玉龙 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期608-618,共11页

采用能量?Casimir法对含有柔性附件的充液航天器系统的稳定性进行研究。首先,将燃料晃动和柔性附件分别简化为弹簧–质量块模型和剪切梁模型,建立航天器系统的刚?液?柔耦合模型,通过分析主刚体、液体燃料和柔性附件各部分的动能和势能,... 采用能量?Casimir法对含有柔性附件的充液航天器系统的稳定性进行研究。首先,将燃料晃动和柔性附件分别简化为弹簧–质量块模型和剪切梁模型,建立航天器系统的刚?液?柔耦合模型,通过分析主刚体、液体燃料和柔性附件各部分的动能和势能,推导得到系统的能量?Casimir函数;然后,计算能量-Casimir函数的一阶变分和二阶变分,从而推导出航天器系统的非线性稳定条件;最后,通过数值计算,得到参数空间中系统的稳定和不稳定区域。研究结果显示,航天器刚体的转动惯量、剪切梁的长度、航天器自旋角速度及储液腔的充液比对航天器的姿态稳定性有较大影响。 展开更多

关键词 航天器动力学与控制 非线性稳定 能量-Casimir法 液体晃动

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带飞轮的充液摆的稳定性

18

作者 包光伟 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 1994年第2期163-168,共6页

带飞轮的充液摆的稳定性包光伟（上海交通大学工程力学系，２０００３０）关键词充液刚体动力学，液体晃动，运动稳定性，航天器动力学一、引言研究三轴定向充液卫星的姿态稳定性，在不考虑系统质心横向运动的情况下，一个较为简单的力... 带飞轮的充液摆的稳定性包光伟（上海交通大学工程力学系，２０００３０）关键词充液刚体动力学，液体晃动，运动稳定性，航天器动力学一、引言研究三轴定向充液卫星的姿态稳定性，在不考虑系统质心横向运动的情况下，一个较为简单的力学模型是充液摆作定点摆动的模型．对... 展开更多

关键词 充液摆 液体晃动 稳定性 航天器

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自旋液体晃动研究

19

作者 包光伟 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第1期104-109,共6页

对旋转对称中心贮箱内的自旋液体晃动问题，提出了一个直接对Ｅｕｌｅｒ方程进行Ｇａｌｅｒｋｉｎ离散的近似方法，并分析了方法的近似性。

关键词 航天器 液体晃动 充液贮箱 自旋 姿态动力学

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多充液贮腔航天器耦合动力学与姿态控制 被引量：8

20

作者 刘峰 岳宝增 唐勇 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期19-26,共8页

基于已有的质心面液体大幅晃动等效力学模型,采用拉格朗日方法,系统地建立了任意复杂激励下四贮腔航天器刚-液耦合动力学精确模型。由本文方法所得到的等效晃动力及晃动力矩与通过Flow3D计算出的相应结果吻合良好,验证了所建模型的可靠... 基于已有的质心面液体大幅晃动等效力学模型,采用拉格朗日方法,系统地建立了任意复杂激励下四贮腔航天器刚-液耦合动力学精确模型。由本文方法所得到的等效晃动力及晃动力矩与通过Flow3D计算出的相应结果吻合良好,验证了所建模型的可靠性。根据所建立的大幅晃动类充液航天器耦合系统动力学模型进一步研究了该类航天器在进行三轴稳定姿态机动时的主要动力学耦合特性,并设计了一类抑制姿态振荡的补偿控制器。 展开更多

关键词 质心面模型 液体大幅晃动 多贮腔航天器 三轴稳定姿态机动 补偿控制

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