支承舱减振性能分析

支承舱是运载火箭与航天器之间的重要连接结构,支承舱的振动特性是力学环境设计需要考虑的因素之一.本文从振动环境控制的角度进行支承舱结构动力学分析,阐述了一种基于支承舱振动特性研究的改善航天器力学环境的方法.在有限元建模过程中,引入了材料级性能试验.计算并比较了不同材料支承舱结构对航天器振动环境的作用,比较了连接面形式对振动环境的影响.基于分析结果给出了进一步研究的建议.     

碰撞引起的宇航设备冲击响应仿真分析

利用运动学、动力学原理、有限元等分析方法对宇航设备在碰撞过程中的碰撞速度、撞击力、静强度、动力学响应等进行了仿真分析,由于碰撞力无法直接测量,应用碰撞理论和简化假设处理,计算得到碰撞力的分布函数,通过应用有限元理论和通用有限元程序NASTRAN,建立了研究对象的有限元模型,计算得到结构力学响应并结合以往的环境试验结果,验证了局部应力过高导致次结构破坏的现象,得出了主结构内部无法检测部件的环境适应性结论。还将理论仿真结果与模拟试验测量结果进行了对比分析,计算结果与实测结果有较好的一致性。分析表明,利用运动学和碰撞的有关理论可以较好地模拟文中设备的碰撞过程,对于撞击力的分布服从半正弦分布的假设在工程实践中是可行的。计算结构频率耦合作用而产生的结构内部放大或衰减效应。     

变质量贮箱类流固耦合系统的振动响应及时频特性分析

研究了变质量贮箱类流固耦合系统的动力学特性。根据虚拟质量法,使用有限单元法构建了变质量贮箱类流固耦合系统的动力学模型,建模过程中着重考虑了质量变化对系统的影响。通过Newmark直接积分法计算出变质量贮箱时变系统的振动响应,分析了不同质量变化率对变质量贮箱系统动力响应的影响,并借助平滑伪Wigner-Ville变换获得变质量贮箱时变系统的动力响应时频谱。结果表明:由于系统质量减少,引起了系统振动频率的增大,并产生一个附加的负阻尼。这个负阻尼的大小与系统的质量变化率成正比。对比不同质量变化率和不同结构阻尼变质量贮箱的动力响应及时频特性,系统的振动频率的范围可以通过系统质量的范围确定,而且当附加负阻尼的作用超过系统结构阻尼的作用时,会使得系统的振动振幅增大,引起系统的不稳定。平滑伪Wigner-Ville变换是处理非平稳信号的一种有效工具。     

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。     

基于传递函数的星箭耦合载荷分析

分别对运载火箭和卫星进行频率响应分析。在取得离散形式的频率响应分析结果基础上,采用有理多项式拟合技术,将火箭和卫星的频率响应函数转化成以部分分式表示的传递函数。根据星-箭对接的力学条件,可以在Simulink平台上建立起星箭耦合载荷系统模型。对此模型进行仿真便可得到在外力作用下星箭耦合载荷系统的瞬态动力响应。分别以简单的质量-弹簧模型、以及星箭耦合载荷模型验证了方法的正确性。基于传递函数的星箭耦合载荷分析方法,将柔性结构的动力学计算纳入到系统仿真的框架之中,为进一步实现结构-气动和伺服控制系统的耦合分析奠定了基础。该方法也为将火箭和卫星实测的频响特性直接应用于星箭耦合载荷分析创造了条件。     

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。