一类轴对称充液陀螺系统自旋运动稳定性研究

研究了一类复杂充液旋转对称陀螺（其圆柱形容腔充有互不相溶的双元液体，且带充液圆柱中心杆）的章动振荡与其所充双元液体自由振荡之耦合问题．利用留数方法研究了系统的自旋稳态运动的稳定性条件     

带充液腔重刚体的自旋稳定性

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。     

自由液面晃动对旋转充液腔体运动稳定性的影响

针对旋转充液腔体的运动稳定性问题,本文考虑自旋速率范围较宽的情况。引入表示离心力与液体表面张力之比的常数C_f,以Stewartson—Wedemeyer理论和Murphy方法为基础,研究腔内液体晃动对共振不稳定频带的影响。结果表明只有当自旋速率较小,液体表面张力较大时,自由液面晃动对腔体运动稳定性才有明显影响;反之则可忽略自由液面晃动对腔体运动稳定性的影响。     

自旋充液系统章动角运动参数激励振动模型的非线性分析

本文对自旋充液系统章动角运动的参数激励振动模型，在Melnikov方法分析的基础上进行数值模拟，通过相平面轨迹和章动角变化时间序列的分析，分析了章动角运动的非线性机制。     

万有引力场中带弹性轴双自旋卫星的姿态稳定性

本文研究由主刚体、转子及以弹性轴连接的刚性矩形平板组成的带弹性轴双自旋卫星在万有引力场中的姿态运动。用Ｌｉａｐｕｎｏｖ直接方法判断双自旋卫星在轨道坐标系内相对平衡的稳定性，导出稳定性充分条件。讨论弹性轴及刚性平板的几何和质量几何、弹性轴扭转刚度、转子转速等因素对卫星姿态稳定性的影响。     

微重力环境下慢自旋充液容器内的液体晃动

本文研究在表面张力作用下自旋刚性容器内的部分充液液体的自由晃动问题。采用Pfeiffer方法建立了液体自由晃动特征值边值问题,利用边界元法数值求解晃动的特征频率和模态,分别计算给出球腔内的液体晃动关于充液比、微重Bond数和自旋Bond数的特征叛率曲线。     

充液或部分充液转子的动力稳定性

本文讨论了具有内外阻尼的高速充液转子的动力稳定性。首先通过对旋转流体的平面流场的求解，导出充液转子作简谐运动时流体对转子的动压力，由此导出转子的运动方程；讨论了充液转子的动力稳定性，给出了稳定性解析判据和稳定性边界。结果表明，存在转速门槛值，低于该转速时，充液转子可存在稳定区；当高于该转速时，系统永远失稳，这一结论复盖了已有文献的结果。     

利用能量-Casimir方法研究充液对称刚体的非线性稳定性

由Newcomb、Arnold等人倡导的能量-Casimir方法是研究非线性运动稳定性的重要方法之一.本文利用能量-Casimir 方法研究了充液轴对称刚体的非线性稳定性充分条件.     

充液系统动力学与航天高技术问题

充液航天器内部液体晃动及其对控制系统的影响,是当前国内外航天高技术研究的重要课题,也是一个比较复杂的问题。本文首先由力学变分原理导出了充液系统的状态方程,其次分析了充液系统的稳定性;特别是,研究了在失重或微重条件下,充液航天器内部液体晃动的动力学特性以及部分充液三轴稳定性问题等。本文的研究结果,对于航天、航空、航海中的充液系统动力学与控制问题,都有重要的参考价值。      

自由进动陀螺章动阻尼分析

一、引言 旋转刚体(如陀螺转子、自旋卫星等)受到力矩的干扰或由于角动量矢量在惯性空间中方向的改变就产生章动运动。章动要影响陀螺或卫星的姿态和瞄准精度,必须阻尼掉。环形充液章动阻尼器是阻尼章动的器件之一。 旋转刚体与阻尼器质量的耦合运动方程是难以求解析解的。通常采用略去阻尼器质     

燃料消耗下充液航天器等效动力学建模与分析

在轨航天器贮腔内的液体可能表现出多种不同的运动模式, 主要包括液体相对于贮腔的整体性刚体运动、自由液面横向晃动、液体起旋后逐步发生明显的旋转晃动及液体自旋运动; 复合三自由度刚体摆晃动模型能够较为全面地描述这些液体运动模式, 同时为研究起旋阶段的液体晃动动力学问题提供了有效手段. 本文对非线性液体晃动刚体摆复合模型作进一步发展, 考虑模型等效参数随贮腔充液比的变化, 提出了变参数的刚体摆复合模型, 该模型适用于研究燃料消耗下非线性晃动类充液航天器大范围运动耦合动力学问题. 采用刚体摆复合模型对球形贮腔内的液体晃动进行等效后, 基于混合坐标意义下的拉格朗日方程推导了一类充液航天器轨道-姿态-晃动全耦合的动力学方程组, 并展开了充液航天器大角度三轴稳定姿态机动和零冲量轨道机动仿真以及航天器耦合动力学响应特性分析. 研究表明: 液体相对于贮腔的运动会造成航天器主刚体位置发生偏移, 当航天器在执行零冲量机动时, 燃料消耗会造成航天器的轨道平动速度无法收敛到零; 贮腔偏心布放时, 航天器在执行轨道机动过程中贮腔内液体易发生剧烈而且形式复杂的晃动行为, 进而可能造成航天器刚体运动的不稳定.      

EQUIVALENT DYNAMICS MODELING AND ANALYSIS OF LIQUID-FILLED SPACECRAFT WITH FUEL CONSUMPTION 1)

在轨航天器贮腔内的液体可能表现出多种不同的运动模式, 主要包括液体相对于贮腔的整体性刚体运动、自由液面横向晃动、液体起旋后逐步发生明显的旋转晃动及液体自旋运动; 复合三自由度刚体摆晃动模型能够较为全面地描述这些液体运动模式, 同时为研究起旋阶段的液体晃动动力学问题提供了有效手段. 本文对非线性液体晃动刚体摆复合模型作进一步发展, 考虑模型等效参数随贮腔充液比的变化, 提出了变参数的刚体摆复合模型, 该模型适用于研究燃料消耗下非线性晃动类充液航天器大范围运动耦合动力学问题. 采用刚体摆复合模型对球形贮腔内的液体晃动进行等效后, 基于混合坐标意义下的拉格朗日方程推导了一类充液航天器轨道-姿态-晃动全耦合的动力学方程组, 并展开了充液航天器大角度三轴稳定姿态机动和零冲量轨道机动仿真以及航天器耦合动力学响应特性分析. 研究表明: 液体相对于贮腔的运动会造成航天器主刚体位置发生偏移, 当航天器在执行零冲量机动时, 燃料消耗会造成航天器的轨道平动速度无法收敛到零; 贮腔偏心布放时, 航天器在执行轨道机动过程中贮腔内液体易发生剧烈而且形式复杂的晃动行为, 进而可能造成航天器刚体运动的不稳定.     

液罐车罐体内液体横向晃动研究

为研究液体晃动对液罐车行驶稳定性的影响,针对罐体内液体的横向晃动问题,运用势流理论建立了液体晃动的控制方程,并采用Galerkin方法进行了求解;根据等效原则建立了罐体内液体晃动的弹簧-质量-阻尼等效力学模型,通过与试验数据的比较,验证了文中的求解过程及建立等效模型方法的正确性。运用建立的等效模型,通过具体算例分析了液体晃动特征频率和等效模型参数随充液比的变化关系、车辆的侧向加速度和充液比对罐体的横向作用力和力矩的影响。结果表明：在液体晃动中,第一阶晃动质量起主导作用,在精度要求不高的情况下,可以考虑只建立一阶等效系统;液体晃动第一阶特征频率随充液比的增加而增加,第二、第三阶特征频率随充液比的增加先减小再增加;罐车转向运动时,充液比在λ为0.8~1.0时液体晃动最剧烈,并且液体对罐体的作用力和力矩均随侧向加速度的增加而增加。     

带三个挠性附件的充液陀螺系统的非线性运动稳定性研究

本文利用能量－－Ｃａｓｉｍｉｒ方法研究了带三个挠性梁充液陀螺系统在力矩状态下关于绕铅垂轴稳态转动的非一稳定性条件，该条件考虑了液体的涡旋、弹性梁的振动、陀螺主刚体的旋转以及流一弹－－刚之间的耦合，此外还考虑离心力与Ｃｏｒｉｏｌｉｓ惯性力的影。本文为带挠性梁的充液陀螺系统的运动稳定性设计提供了可靠的理论依据。     

带环形阻尼器自旋卫星的章动阻尼

本文通过提出一个新的假设——把环形阻尼器内的流体认为是可变的SLUG——讨论带部分充液阻尼器自旋卫星的章动阻尼。利用刚体定点运动一阶正规型方程组建立带阻尼环自旋卫星的动力学方程;用逐次逼近法和小参数法得到了卫星章动角衰减的近似解析解。与以往大多数文献所作的不变的SLUG假设相比,由可变SLUG假设得到的理论结果能解释前者无法解释的一些实验现象。因而,所得的解析结果为设计环形阻尼器提供了更为可靠的依据。     

燃料大幅晃动等几何分析仿真及航天器耦合动力学研究

现代航天器肩负许多周期长且复杂的航天任务,通常需要携带大量的液体燃料.贮箱中液体燃料大幅晃动会严重影响航天器的姿态稳定性和控制精度,是现代航天器耦合动力学建模和精确控制研究的重要问题.本文提出了一种新的液体大幅晃动数值仿真方法,采用等几何分析方法对贮箱内气体和液体整体进行建模和空间离散,采用压力修正的分步法对控制方程进行时间离散,结合水平集方法划分气体和液体区域并且实时追踪液体晃动自由面.提出了一种质量修正方法以消除水平集函数演化产生的液体质量误差.基于燃料大幅晃动等几何分析仿真方法,对携带太阳能帆板的充液航天器进行动力学建模和耦合运动数值仿真.对于太阳能帆板的振动问题则采用Kirchhoff-Love板理论建模和模态分析法数值求解.通过将数值仿真结果与解析解对比,证明了本文给出方法的正确性.本文还对燃料大幅晃动下的航天器刚-液-柔耦合运动进行了数值仿真,发现液体晃动对航天器的姿态变化和结构振动的幅值和频率具有不可忽视的影响.     

充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用

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.      

任意轴对称腔充液系统的自旋稳定性

本文对具有任意轴对称腔的充液陀螺的永久转动给出了稳定性判据，该判据了考虑了腔内液体的晃动，通过对液体晃动特征模态求解的有限元分析，得到涉及液体晃动的判据修正量仅仅与液面的几何形状有关，本文分别给出了液面为旋转抛物面，去底旋转抛物面和圆柱面的判据修正量计算公式，经过数值试验发现了相应的解析公式。     

大系统方法与部分充液系统的三轴稳定性分析

三轴稳定方式是近几年来应用通讯卫星通常采用的一种方式,在这里我们利用大系统方法分析了部分充液系统的三轴稳定性,并且对于文中选定的一种常用的力学模型给出了数值计算结果,由于问题本身比较复杂,为了使问题的研究工作能够继续下去,在推导过程中,我们假定将液体固化,而液体运动对稳定性的影响,则用一个近似的流体晃动力矩来模拟,这样,我们所讨论的问题得到了比较令人满意的结果,它比较符合实际的要求。     

准三维旋转流体模型及其在部分充液转子稳定性分析中的应用

提了了一种简单的无粘旋转流体准三维模型,并给出了旋转流体对转子作用力的详细表达式,然后用该模型分析了部分充液刚性悬臂转子系统的稳定性,并与实验结果进行了比较,两者在定性上符合较好,准三维无粘流体模型与其它的无粘膜型一样也仅能用来分析无外阻尼或外阻尼较小的部分充液转子系统的稳定性问题。