请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版
    频道首页    电子信息    先进制造    航空航天    现代交通     生物医药    新材料    新能源    环境保护     地球空间海洋    现代农业
    首页  >>  航空航天  >> 科技成果

液体大幅晃动及液-固耦合非线性动力学研究

  • 成果简介
  • 成果信息
  • 完成单位
        以充液带附件航天器姿态动力学与控制为主要研究背景,在贮腔类(包括带防晃隔板贮腔)液体大幅晃动、微重力液体非线性晃动、液体大幅晃动及其液刚耦合动力学、带附件充液航天器姿态非线性动力学、复杂自旋航天器大角度姿态机动及控制等方面开展了一系列卓有成效的研究和探索。在液-刚(柔)-控耦合系统建模、耦合系统非线性动力学特性研究、计算机仿真计算技术、软件开发等方面取得了一些重要研究成果。 以Navier-Stokes方程为基本方程研究粘性不可压液体的非线性晃动问题,对ALE(Arbitrary Lagrange-Euler) 分步有限元方法计算格式进行了深入研究并提出了速度边界条件修正以增加其稳定性。解决了微重力腔体类液体自由液面跟踪问题,采用现代微分几何理论推导了表面张力有限元计算公式并研究了接触角、接触线问题的处理技术。推导了自由液面上有限单元结点的法向矢量精确计算方法。揭示了带隔板贮腔及微重力环境下液体大幅晃动的重要非线性特征。建立了液体晃动-结构振动系统的耦合模型,对调谐液体阻尼装置即TLD(Tuned Liquid Damper)模型的数值仿真研究结果表明耦合过程中非对称波形、高阶次生模态等非线性现象非常显著。 建立了旋转液体燃料与带附件航天器姿态运动非线性耦合系统的数学模型;对液体燃料采用刚化模型处理并引入粘性边界层效应,采用广义的Lagrange方法推导了耦合系统的动力学模型;在此基础上,采用尺度化理论,对系统参数进行了阶此简化和量纲分析,从而得到了无量纲动力学模型。研究了旋转液体燃料-航天器姿态机动之间的相互作用;综合考虑了液体运动、自旋航天器复杂姿态运动及全局姿态机动问题。揭示了强耦合问题的非线性特性并进行了预测和控制策略研究。 在理论推导和分析中借助Melnikov理论、留数理论及符号推导等数学工具,对所得到的受扰Hamilton系统得到了混沌预测准则,并分析了航天器几何模型、燃料粘性及充液比等参数对航天器姿态混沌机动的影响;在参数空间中给出了相应的参数变化范围。 对耦合系统模型,完成了算法设计、软件开发,为工程设计提供了一套有效的计算仿真软件。
研究起止时间: 2000.01 至2008.07 成果登记时间: 2008-07-10 课题来源: 国家科技计划
成果体现形式: 研究形式: 独立研究 成果水平: 国内领先
成果属性: 成果所处阶段: 完成单位: 北京理工大学
完成单位: 北京理工大学 单位电话: 010-68914241 单位传真: 010-68423234
通讯地址: 北京市海淀区中关村南大街5号 邮政编码: 100081 单位网址: http://www.bit.edu.cn