發(fā)布時間：2017-12-29 10:06

  本文關鍵詞：液體火箭姿控與Pogo大回路耦合系統(tǒng)穩(wěn)定性研究　出處：《大連理工大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 液體運載火箭 Pogo振動 姿態(tài)控制 大回路穩(wěn)定性

【摘要】：隨著液體運載火箭的結構尺寸逐漸增大,箭體的結構模態(tài)一方面呈現(xiàn)出低頻模態(tài)密集分布的特點,另一方面導致模態(tài)的空間化分布的特點更加明顯和突出。因此,推進系統(tǒng)的液路脈動既可能與結構縱向模態(tài)耦合,也可能與橫向和扭轉模態(tài)耦合。而箭體結構彈性振動則會對姿控系統(tǒng)的穩(wěn)定產生不可忽略的影響,推進系統(tǒng)與結構系統(tǒng)的耦合可能會進一步導致箭體的姿態(tài)運動、結構彈性振動和推進系統(tǒng)的液路脈動構成的大回路存在相互耦合,進而影響姿控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此,研究大型液體火箭推進系統(tǒng)、結構系統(tǒng)和姿控系統(tǒng)之間的耦合機理,并分析其穩(wěn)定性是非常有必要的。為此,本文研究了如下具體問題：研究了系統(tǒng)的阻尼比等參數(shù)對Pogo振動穩(wěn)定性的影響機理,指出了臨界阻尼比法的局限性。推進系統(tǒng)以單推進劑-單發(fā)動機模型,利用Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù)導出Pogo振動穩(wěn)定的充分必要條件。根據(jù)臨界耦合強度法研究了阻尼比等參數(shù)對Pogo振動穩(wěn)定性的影響機理,發(fā)現(xiàn)了增大阻尼比(結構阻尼比或推進系統(tǒng)阻尼比)與Pogo振動穩(wěn)定性之間的非單調函數(shù)關系。以某型號液體火箭模型為例,分別利用臨界阻尼比法和臨界耦合強度法研究推進系統(tǒng)的等效剛度和燃燒阻尼等物理參數(shù)對Pogo振動穩(wěn)定性的影響,進一步揭示了臨界阻尼比法的局限性,即Pogo振動不穩(wěn)定時假設Pogo振動系統(tǒng)的頻率近似等于結構的自然頻率是不嚴謹?shù)�。提出了Pogo振動分析與仿真改進的Rubin模型及其快速組裝方法。提出了基于“獨立重量位移”描述方法,將Rubin模型中的八種物理單元重新組合,提出了九種獨立單元。以單元入口端和出口端節(jié)點的脈動壓強為連接條件,建立微分方程形式的改進的Rubin模型。與Rubin模型相比,該模型非奇異,可直接用于頻域分析和時域仿真。而且維數(shù)降低近一半,提高了計算效率和數(shù)值穩(wěn)定性。進一步根據(jù)九種獨立單元的方程的特點,將其采用標準化描述,通過劃分節(jié)點和單元,根據(jù)局部編號和全局編號的映射關系,提出了改進的Rubin模型的快速組裝方法,大大提高了重復建模的效率和準確性。利用改進的Rubin模型,建立了含縱向、橫向和扭轉模態(tài)的結構系統(tǒng)和推進系統(tǒng)耦合模型,利用頻域分析和時域仿真方法分析了我國長征XX1型號運載火箭Pogo振動穩(wěn)定性。通過推進系統(tǒng)重要參數(shù)(如泵增益、泵柔度、蓄壓器能量值)對Pogo振動穩(wěn)定性的影響研究了推進系統(tǒng)與結構縱橫扭模態(tài)的耦合穩(wěn)定性。結果表明對于大型液體捆綁火箭,推進系統(tǒng)參數(shù)的變化不僅會導致結構縱向模態(tài)失穩(wěn),也會導致橫向和扭轉模態(tài)失穩(wěn),結構縱橫扭模態(tài)與推進系統(tǒng)之間存在不可忽略的耦合作用。深入分析了姿控回路和Pogo回路的耦合因素,建立了姿控回路與Pogo回路組成的大回路耦合模型,揭示了推進系統(tǒng)對姿控回路穩(wěn)定性的影響機理。該模型包含了推進系統(tǒng)、結構系統(tǒng)與姿控系統(tǒng)之間的相互耦合因素,且具有非奇異的優(yōu)點,可直接用于頻域分析和時域仿真。利用該模型研究了我國長征系列XX2型號液體捆綁火箭推進系統(tǒng)參數(shù)(泵增益和蓄壓器能量值)對大回路耦合穩(wěn)定性的影響。研究得出,推進系統(tǒng)的參數(shù)變化不僅引起了結構失穩(wěn),也導致了火箭的姿態(tài)運動不穩(wěn)定。根據(jù)本文提出的建模及分析理論和方法,在Matlab編譯環(huán)境中開發(fā)了“液體火箭推進-結構-控制耦合動力學分析軟件”。該軟件以改進的Rubin模型、大回路模型的建模和分析方法為基礎,采用模塊化設計方法,通過界面操作或命令操作的形式實現(xiàn)了姿控回路、Pogo回路以及“姿控-結構-推進”大回路的模型建立、頻域分析和時域仿真功能。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V448.1

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 李蔚清;;日本液體火箭研制近況[J];國外導彈與宇航;1980年06期

2 王P中;國外液體火箭推進技術的發(fā)展趨向[J];推進技術;1985年03期

3 彭潔廉;第三次液體火箭推進專業(yè)學術交流會[J];宇航學報;1987年01期

4 彭潔廉;液體火箭推進專業(yè)第五屆學術會議召開[J];宇航學報;1991年01期

5 董錫鑒;楊瑞亭;;世界液體火箭推進技術發(fā)展態(tài)勢分析[J];火箭推進;1995年04期

6 朱寧昌;;液體火箭推進技術研究工作的進展[J];火箭推進;1998年02期

7 芮厘;;液體火箭推進技術:從農場里起飛的現(xiàn)代科技[J];科學大觀園;2013年09期

8 張京輝;趣味航天幣——第一枚液體火箭發(fā)射[J];太空探索;2004年06期

9 張青松;張振鵬;楊雪;陳鋒;;液體火箭發(fā)動機試驗臺氣液管路系統(tǒng)故障仿真及分析[J];航空動力學報;2006年02期

10 劉進軍;;登天—必由之路(上)[J];衛(wèi)星與網絡;2011年03期

相關會議論文 前7條

1 王慶偉;譚述君;吳志剛;;液體火箭縱向振動穩(wěn)定性與系統(tǒng)阻尼關系討論[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

2 沈靜嫻;葉紅玲;;某大型液體火箭發(fā)動機燃燒室頻率特性模型研究[A];北京力學會第17屆學術年會論文集[C];2011年

3 韓泉東;胡小平;李舟軍;李京浩;;決策樹和支持向量機在液體火箭發(fā)動機故障診斷中的應用[A];2006年全國理論計算機科學學術年會論文集[C];2006年

4 程蘇民;張麗;;液體火箭鋼網膨脹節(jié)設計[A];第九屆全國膨脹節(jié)學術會議膨脹節(jié)實用技術精選集[C];2006年

5 秦朝紅;李海波;張忠;;液體火箭的POGO振動特性分析[A];第九屆全國動力學與控制學術會議會議手冊[C];2012年

6 張美艷;;液體火箭POGO振動的類結構分析方法[A];第七屆全國動力學與控制青年學者研討會論文摘要集[C];2013年

7 程玉強;吳建軍;魏鵬飛;;液體火箭發(fā)動機燃燒室冷卻夾套隔片損傷程度估算方法[A];探索創(chuàng)新交流－－中國航空學會青年科技論壇文集[C];2004年

相關重要報紙文章 前2條

1 石文;液體火箭的創(chuàng)始人戈達德[N];中國航天報;2000年

2 記者 李t瑋;航天能自產無水肼了[N];中國航天報;2001年

相關博士學位論文 前3條

1 王慶偉;液體火箭姿控與Pogo大回路耦合系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[D];大連理工大學;2015年

2 趙治華;液體火箭POGO振動的多體動力學建模及穩(wěn)定性分析[D];清華大學;2011年

3 唐冶;液體火箭POGO振動系統(tǒng)的動力學行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

相關碩士學位論文 前8條

1 陳杰;基于穩(wěn)定性理論的液體火箭POGO振動特性研究[D];沈陽航空航天大學;2016年

2 靳愛國;液體火箭發(fā)動機起動加速性研究[D];西安電子科技大學;2007年

3 楊敏;液體火箭發(fā)動機試驗臺健康狀態(tài)評估方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

4 王文斌;液體火箭增壓輸送系統(tǒng)動態(tài)特性仿真與分析[D];國防科學技術大學;2009年

5 王明迪;液體火箭發(fā)動機試驗臺自動增壓系統(tǒng)研究[D];上海交通大學;2009年

6 郭小鳳;基于PCA-SVM的液體火箭發(fā)動機試驗臺故障診斷算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

7 趙怡;多Agent系統(tǒng)在液體火箭發(fā)動機試驗臺故障診斷中的應用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

8 嚴海;液體火箭的縱向耦合振動（POGO）研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

，

本文編號：1349819