航天器弹性充液贮箱双向流固耦合响应特性数值分析

贮箱是航天器的重要组成部分,就其结构方面来讲,基本特点是结构重量轻、刚度和强度要求高。贮箱本身填充大量液体,同时还需要经历较复杂的力学环境。因此薄壁贮箱的流固耦合问题,特别是动力学问题,一直是航天器的关键问题之一。针对薄壁贮箱的流固耦合问题,建立了弹性充液贮箱模型,采用双向流固耦合方法对考虑流固耦合效应的充液贮箱进行了瞬态响应分析,得到了充液贮箱液体晃动波高以及贮箱结构应力随时间的变化历程。通过改变贮箱的材料、厚度以及箱内液体的充液比,研究了箱体柔性对液体晃动及结构受力特性的影响。结果表明:适当增加箱体材料的柔性,即通过减小材料的杨氏模量、密度和厚度,可以有效抑制贮箱内液体晃动;增大箱体的厚度或者减小材料的杨氏模量和密度,箱体受到的应力均减小;改变箱内液体的充液比,可以发现,随着箱内液体充液比的增加,液体晃动幅度减小,箱体受到的应力增大。