蓄压器膜盒机械刚度对液体火箭POGO振动影响研究

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。     

运载火箭低温蓄压器绝热支架设计及验证

蓄压器是航天运载器中抑制火箭纵向耦合振动(POGO振动)的重要部件。本文基于新一代运载火箭低温蓄压器传感器、充气手阀的使用需求,开展了玻纤增强聚醚醚酮注塑成型绝热支架设计,实测了玻纤增强聚醚醚酮的材料物性,并进行了绝热效果仿真分析,基于传热学理论,分析了蓄压器表面自然对流系数随表面温度的变化情况,将其应用于传热有限元分析,得到了绝热支架的温度分布及变化过程。绝热支架绝热效果试验验证结果表明,绝热设计有效,满足使用要求。     

大型液体火箭结构纵横扭振动与推进系统耦合(POGO)稳定性分析

大型液体火箭结构振动模态空间分布的特征,导致结构横向和扭转振动对传统POGO回路稳定性产生影响。对此,基于改进的Rubin建模方法,建立了结构纵横扭振动与推进系统液路脉动耦合的POGO回路模型。该模型具有非奇异的优点,可以直接应用于频域分析和时域仿真。基于该模型分析了中国某型号液体火箭推进系统的泵增益和蓄压器能量值等重要参数对结构纵向振动以及横向和扭转振动稳定性的影响。研究得出,泵增益的增大不仅使结构纵向第2、4阶模态不稳定也使结构横向第2阶不稳定。通过调节蓄压器能量值,不但可使结构纵向失稳的模态由不稳定变为稳定,也使结构横向失稳的模态由不稳定变为稳定,说明该型号液体火箭的推进系统不仅与结构系统的纵向模态存在耦合作用,也与横向模态存在耦合作用。因此,对于大型液体捆绑火箭,在研究POGO稳定性时分析结构纵横扭振动与推进系统的耦合作用是有必要的。     

液体火箭POGO振动缩聚模型研究

针对液体火箭POGO模型中推进系统模型难以降阶的问题,提出了一种POGO模型缩聚的方法。利用广义逆迭代法只对输送管路的有限元模型模态分解,选取管路任意阶次模态方程与其余部件的方程组合得到推进系统的缩聚模型,进而与结构系统模态方程耦合得到POGO振动缩聚模型。当蓄压器作为纯柔性元件或非纯柔性元件时,缩聚模型的维度由管路的模态变量、结构模态变量再加1或2组成。模型的维度大大降低且算例表明其具有很高的精度。基于缩聚模型研究了某液体火箭蓄压器能量值和惯性对POGO稳定性的影响。研究得出,对于纯柔性或非纯柔性的蓄压器设计,能量值和惯性对不同时刻耦合模型稳定性具有不同的、非单调的影响规律。当耦合而导致结构系统频率大幅降低时,合理的调节蓄压器的能量值或惯性可以显著的增大结构耦合阻尼比,增强结构的稳定性。     

推进系统参数变化对液体火箭纵向振动响应的影响分析

为了优化液体火箭推进系统,避免POGO振动引起液体火箭低频振动环境恶化对火箭飞行过程的不利影响,建立了液体火箭POGO振动系统的动力学模型,利用动态灵敏度技术,提出了液体火箭纵向振动响应对推进系统参数的灵敏度时域分析模型。通过数值仿真,得到了推进系统流体惯性、阻力和刚度参数以及泵的动态增益变化对液体火箭纵向振动响应的影响规律。研究结果表明,液体火箭纵向振动响应对流体惯性和阻力参数的敏感程度比流体刚度参数明显大,泵动态增益的变化对液体火箭纵向振动响应的影响最大,泵前短管的流体刚度变化对液体火箭纵向振动响应的影响最小。为减小液体火箭纵向振动,进一步研究POGO振动特性提供参考。     

液体火箭的POGO振动研究

本文通过实际的大型液体火箭的POGO振动研究,阐明了POGO振动的基本的理论分析方法和试验技术,以及需采取的防POGO振动的措施。本文还以我国的一枚大型液体运载火箭为具体研究对象,进行了一系列POGO振动理论分析计算与地面振动试验,以及飞行遥测,其结果已清楚地表明:理论分析与试验结果一致,飞行前预示与遥测结果相符,所采取的防POGO振动措施是恰当的,POGO振动的工程研究效果是好的。     

运载火箭低温蓄压器热缓冲测压导管优化设计

蓄压器是抑制运载火箭纵向耦合振动的关键部件。本文针对低温蓄压器热缓冲测压导管进行了模态分析、疲劳寿命计算及优化设计。基于有限元分析方法获取热缓冲测压导管静载预应力、随机振动应力谱密度曲线,采用Goodman直线法进行静载修正;基于Miner线性损伤累积理论及Dirlik方法计算了热缓冲测压导管的疲劳寿命;基于受迫振动动力学方程,推导了共振状态下热缓冲测压导管能量的集中表达形式,提出了低温蓄压器测压导管优化改进方法和措施。通过合理布局、优化设计,实现了低温蓄压器热缓冲测压导管固有频率的调整,避开了振动激励高能量区,提高了热缓冲测压导管的抗振疲劳性能。     

蓄压器低温振动试验技术研究

阐述了蓄压器低温振动试验的两种试验系统,通过计算,得出了满足试验需求的加注储罐和增压储罐的容积;采用具有一定强度的玻纤增强聚醚醚酮材料对蓄压器与振动台面进行隔热取得了良好的效果;分析了蓄压器重心与动圈轴线不重合时的偏心力矩,通过采用辅助支撑的方法可以减小横向加速度的影响。     

液体火箭纵向耦合振动建模及其动态特性分析

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。     

压电柔性机械臂的实验辨识及最优极点配置抑振控制

研究了压电柔性臂系统的实验辨识和基于极点配置法的振动主动控制问题。针对粘贴应变传感器和压电致动器的压电柔性臂系统,提出了零点重新分布的理论传递函数模型。通过扫频实验采用频域辨识方法确立了从压电致动器控制电压输入到应变桥路电压输出的实验传递函数模型,辨识模型与实际结构响应吻合程度达94.8%。并通过多频激励实验证实了辨识模型与实际结构具有较高的一致性。利用辨识得到的传递函数模型建立了系统状态方程表达式,提出了一种移动距离最短、满足系统闭环阻尼要求的闭环极点位置确立方法。不同闭环极点下的数值仿真和实验结果均证明了采用的最优极点配置方法的有效性。实验结果表明,柔性臂在特定激励和外界干扰激励下产生的弹性振动均得到了有效抑制。所提出的模型辨识方法和极点配置策略是可行的。     

低温运载火箭POGO抑制系统研究

在调研国外低温运载火箭抑制纵向耦合振动方案及结构的基础上,对各种可行性方案进行分析研究,从贮气型结构的气腔结构选型、消除温度对能量值的影响、低温绝热、低温结构密封、低温充气测压方案及注气型结构的注入气总量和单位流量的控制、充气测压方案等关键难点技术分析,对比双层整体套装波纹式蓄压器、双侧金属膜盒式蓄压器、囊式蓄压器、注气型蓄压器的先进性、继承性、复杂性、工作寿命、工艺性、经济性、使用维护性、可靠性等方面情况,分析对比结果表明,双侧金属膜盒式蓄压器是中国低温运载火箭抑制纵向耦合问题的最为合理可靠的方案.     

多管火箭发射过程中定向器振动特性研究

为了在多管火箭发射过程中能获得准确的定向器管口振动特性,本文研究多管火箭发射过程中定向器管口振动特性;利用多体系统传递矩阵法和发射动力学理论,建立了多管火箭发射动力学模型和仿真系统,通过多管火箭模态试验验证了模型的正确性;仿真获得了在发射过程中定向器管口振动的时域历程,利用离散傅里叶变换(DFT)技术,获得了在发射过程中定向器管口振动位移、速度和加速度信号的频域特性;在此基础上设计了椭圆滤波器,并通过对发射过程中定向器管口的加速度采集信号的滤波前后对比,验证了本文研究内容的正确性和重要性,为多管火箭发射过程中定向器运动信号的采集和控制提供了重要参考价值。     

拉索-磁致伸缩作动器系统PID控制仿真分析

拉索的大幅振动给斜拉桥安全运营带来威胁,利用磁致伸缩作动器施加轴向控制力抑制拉索横向振动是一种可行的方法。首先建立磁致伸缩作动器动力学模型,得到了该作动器力-位移传递函数,然后提出拉索-磁致伸缩作动器系统PID控制算法,根据拉索振动幅度大小通过调节PID控制参数,来施加轴向控制力,达到对拉索的控制效果。最后针对自由振动、简谐激励、随机激励三种情况用PID控制算法对拉索-磁致伸缩作动器系统进行了拉索控制效果仿真分析。研究表明,PID控制算法对拉索振动具有很好的控制效果。     

空间桁架式着陆器的动力学分析

以作者提出的一种四腿桁架式可折叠月球着陆器为模型,采用MSC公司的有限元软件Patran/Nastran对着陆器基体的动力学特性进行了分析,得到了结构模态的影响因素,给出了样机结构的约束模态;给出了不同临界阻尼比下着陆器基体在来自火箭的低频正弦振动和随机振动激励下的响应曲线,发现低频正弦振动激励使得着陆器基体结构在76.7Hz产生共振,频率分布在200Hz附近的随机振动激励对基体的影响较大;临界阻尼比对此两种类型激励的响应曲线峰值影响显著。     

齿轮啮合振动的主动控制方法与实验研究

为了有效抑制齿轮传动系统由于啮合误差引起的周期振动噪声,提出一种基于压电堆作动器并结合自适应算法的齿轮传动振动主动控制方案。首先根据控制齿轮轴横向振动的思想构建齿轮箱主动结构,应用C-MEX S函数编写FxLMS自适应控制算法模块;基于级联自适应陷波器的技术提取齿轮啮合振动信号进而合成参考信号;利用自适应NLMS滤波器对包含压电堆作动器的次级通道进行离线辨识实验,在得到次级通道传递函数的同时有效避免了次级通道辨识和控制器之间的相互干扰。最后将算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电堆作动器的齿轮箱组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明:由FxLMS算法控制的压电堆作动器对齿轮的啮合振动控制效果明显,在不同转速、不同负载情况下啮合振动有15~26dB的衰减。     

蓄压半超量供液再循环制冷系统研究

本供液系统由膨胀阀与蒸发器之间的可控液位蓄压器和调节蓄压器与蒸发器出口压力差调节阀及回液系统构成。用压差调节阀形成的压差克服蒸发器内制冷剂的流动阻力,把低压液体制冷剂超量供入蒸发器。超量的制冷剂液体借助回液系统再循环制冷。     

分离型超声波振动切削动力学模型及其稳定性分析

本文在理论研究和实验验证的基础上,给出了分离型超声波振动切削的动力学模型及其传递函数表达式,并对其切削稳定性进行了详尽的分析。本文从理论上论证了分离型超声波振动切削可以抑制切削颤振,其抑振效果由切削系数Ψ_u 唯一确定,这一结论与实验结果相吻合。     

结构振动传递函数的极点零点相位估计

本文介绍了振动系统传递函数相位特性的极点零点估计方法，将极占零点相位估计与实验结果进行了分析比较，并研究了阻尼对相位特性的影响。     

管材参数对输液管流固耦合振动的影响

采用特征线法对一蓄水池-管道-阀门(RPV)系统的流固耦合振动响应进行了数值计算,研究了管道结构阻尼、管材泊松比以及管道壁厚管道材料对系统振动响应的影响。结果表明：随着管道结构阻尼的增大,管壁本身的振动受到抑制;当管道结构阻尼大于某一临界值时,系统的振动能量主要集中在液体里,造成液体压力能的升高;随着泊松比的增大或管道壁厚的增大,液体的压能增大,管壁的轴向振动强度降低。     

基于ANSYS的电容式测压器的数值模拟

针对目前火炮膛压测试中传感器安装结构与测压器小体积之间的矛盾,设计了一种壳体电容式压力传感器.介绍了测压器的结构及基本原理,并利用有限元分析软件ANSYS对测压器的壳体进行了静态及瞬态分析,由静态分析的结果对壳体电容进行最小二乘法拟合,拟合相关系数为0997 5,并绘制出电容式测压器的静态灵敏度曲线,在模拟膛压发生器上进行动态实验,采用上升沿校准的方法对膛压曲线进行分析.结果表明:该测压器具有良好的非线性,静态灵敏度随压力载荷的增加而增加;该设计方案是可行的,值得推广.