基于SPH方法的球形贮箱液体晃动动力学分析

针对发生液体破碎现象的航天器球形贮箱液体晃动问题,基于光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)对N-S方程进行离散近似,分别对核函数、应力张量、边界问题、邻域粒子搜索等方面进行选择确定或计算处理,最终得到基于SPH方法的流体动力学模型。通过建立包括不同燃料液体体积及不同挡板安装位置的仿真模型,分析了航天器球形贮箱的受力及局部压强。通过分析贮箱受力情况及设置测量点压强情况,得到运动参数对晃动的影响规律,为航天器球形贮箱的设计提供了理论依据。

含隔板球形贮箱液体晃动激励频率影响分析

针对航天器球形贮箱液体大幅晃动问题,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)对液体进行建模:基于SPH方法基本方程推导出N-S方程的数值解,并给出人工黏度项、压力项表达式,选择动态边界法处理边界计算问题。建立光滑内壁球形贮箱及带防晃隔板球形贮箱两种模型,设计力模式、运动模式两种激励形式并选择三种激励频率进行仿真分析,分别记录舱壁受力及测点压强。仿真结果表明:激励频率取为1.5 Hz时,舱壁受力最大;隔板能够减弱液体晃动对舱壁产生的作用;液体晃动现象的产生使得舱壁在y,z两方向的受力均增大;位于液面以下的舱壁所受压力具有“双波峰”特性,而隔板的存在对压力峰值具有“平均化”效果,避免局部压力过大;位于液面以上的舱壁所受压力表现为“脉冲波”形式,随激励频率的增加隔板对舱壁压力的削弱效果越明显。

球形贮箱中三维液体大幅晃动数值模拟

提出一种新颖有效的网格移动算法,使用任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元方法对球形贮箱中三维液体大幅晃动问题进行数值模拟。对接触线网格及自由液面网格指定其运动轨道,对湿壁面网格采用代数更新算法,对域内网格采用Laplace方程对网格速度进行平滑。同时采用基于特征线的时间分裂(CBS)格式来处理对流效应引起的数值振荡。数值计算结果与已有试验数据进行了对比,两者吻合良好,证明了网格移动算法与计算格式的可行性与准确性。

带有网孔隔板的球形贮箱内液体的晃动问题

本文研究了复杂结构贮箱内液体的晃动问题.采用有限元-外推方法对一些复杂结构贮箱,特别对带有网孔隔板的球形贮箱内液体晃动特性作了详细的分析、计算和比较;在此基础上建立了充液系统的等效力学模型,并揭示了多个自由液面晃动特性与单一的自由液面晃动的不同之处.

钛合金球形贮箱异常声发射信号分析

针对钛合金贮箱制造检测工艺过程中经常发生的质量偏差,通过对球形钛合金贮箱两例异常声发射幅度、时间历程以及定位结果等进行综合分析。结果表明,声发射检测技术对贮箱制造工艺状态偏差具有很强的敏感性,声发射检测结果不仅能反映贮箱产品的强度质量,还能反映贮箱制造工艺状态的稳定性和偏差。

微重力下球形贮箱内液体晃动有限元模拟

以卫星球形贮箱为研究对象,用任意拉格朗日-欧拉(ALE)法建立了数学模型,给出了计算的基本方程,并基于MSC-Dytran有限元程序,对常重力和微重力环境中贮箱内推进剂的晃动进行了数值模拟。结果表明,微重力环境中液体更易发生大幅晃动,甚至产生飞溅,工程中常用的等效力学模型已不再适用,而有限元数值模拟方法可较好地解决该问题,为卫星及大充液复杂结构航天器控制系统的设计和分析提供理论参考。

隔层结构球形贮箱VP-TIG焊接

介绍了某球形贮箱隔层结构特点和技术要求,分析了贮箱焊接性和焊接难点,制定了详细的焊接工艺方案,从焊接夹具、焊接工艺、焊接参数等方面详细说明了球形贮箱焊接过程和控制焊缝缺陷及焊接变形的方法,试验结果表明试制的球形贮箱产品的焊接质量符合设计要求,工艺方案完全适合于隔层结构球形贮箱的焊接加工。

球形贮箱内液体横向晃动问题的系统辨识与参数化等效建模

为解决传统等效力学模型描述贮箱内液体晃动特性时在准确性和完整性等方面存在不足的问题,首先,运用势流理论推导出部分充液圆柱贮箱的动力学状态方程,依据方程中液体晃动速度势函数与晃动波高函数中傅里叶-贝塞尔级数展开系数的正交性条件,将球形贮箱内液体晃动的求解区域向与之外切的圆柱贮箱求解区域内进行扩展,建立用于描述球形贮箱内液体晃动问题的参数化模型;然后,通过CFD数值模拟实验得到球形贮箱受横向简谐激励时小幅晃动情况下的液体晃动力和力矩;最后,利用Matlab灰箱辨识函数对所建立的参数化模型中的待定系数进行准确辨识,实现了球形贮箱内液体横向晃动问题的高精度等效建模。结果表明:所建立的参数化等效力学模型能较准确和完整地描述球形贮箱内的液体晃动固有频率、晃动力和晃动力矩等动力学特性,辨识精度均能达到92%以上,为进一步在线实时辨识与实际工程应用提供参考。

纤维缠绕球形贮箱刚度分析

对纤维缠绕球形贮箱在外压、内压和温差等作用下,进行应力、变形和稳定性等结构刚度分析。结果表明,与金属材料贮箱相比,纤维缠绕球形贮箱具有显著的刚度约束条件,如临界卸载内压和临界温差等。纤维缠绕球形贮箱在按强度要求进行结构设计和分析的基础上,还需校核刚度约束条件。为此,提出了纤维缠绕球形贮箱结构稳定性的各类临界载荷包括外压、卸载内压和温差等的计算公式及判据,为结构方案设计和研制的试验提供参考。

部分充液球形偏置贮箱的旋转卫星系统的运动分析

本文分析并计算了部分充液球形贮箱内的液体晃动问题。以流体运动的基本方程和系统的Euler动力学方程为基础,考虑了贮箱偏置、流体涡旋以及Coriolis加速度诸因素对于系统运动状态的影响;并运用Pfeiffer推广的关于流体均匀涡旋运动的概念和边界元法等计算了流固耦合旋转系统运动状态的变化规律。

球形贮箱内液体晃动实验及动力学特性研究

为了实现球形贮箱内液体晃动产生的非平衡力和力矩的准确采集,首先,根据液体晃动基本原理设计出一种可以最大化测量贮箱内液体三维晃动力和晃动力矩的实验平台及实验方案,利用最小二乘法,实现对实验平台的固件质量和质心的准确辨识,并得到晃动力与晃动力矩的计算式。然后,以球形贮箱内的液体晃动为例开展大量实验,将实验结果与CFD软件仿真结果进行对比分析,结果表明:在一般非大幅旋转晃动状态下,实验结果与CFD软件仿真结果的吻合度较高,验证了实验的正确性;而在大幅旋转晃动状态下,后者存在明显的计算错误,不利于揭示贮箱内液体晃动的真实特性。最后,进一步研究了球形贮箱内液体在受到不同频率外激励和充液比下的非线性晃动行为和动力学特征,所得结论可为相关理论研究和实际工程应用提供可靠的参考数据和实验研究基础。

航天器贮箱大幅液体晃动三维质心面等效模型研究

针对航天器贮箱内的大幅液体晃动建立了三维质心面等效模型,此模型将贮箱内液体等效为位于液体质心处的质点,该质心点可以在质心约束面内任意运动,同时利用质心点动力学方程及接触碰撞模型近似计算液体晃动对贮箱的作用力。质心面等效模型的数值仿真结果与基于VOF方法的流体动力学数值计算结果基本吻合,从而验证了质心面等效模型用于航天器贮箱大幅液体晃动分析的有效性。

横向激励下液体大幅晃动建模分析

研究部分充液球形贮箱内的液体在横向推力作用下发生大幅晃动的等效力学模型,建模过程同时考虑平动和转动激励。建立一种新的等效模型,首次提出液体的静平衡表面垂直于等效重力方向的假设,将液体的大幅运动分解为跟随等效重力的整体运动和在此基础上的小幅晃动,该等效模型能够更好地模拟液体大幅晃动情形。将仿真得到的晃动力和力矩与传统等效模型及Flow-3d的结果进行对比,验证了新模型的有效性和准确性。该模型可应用于探月软着陆悬停避障过程等实际工程问题中。

液体大幅晃动情形的航天器刚液耦合动响应仿真分析

基于任意拉格朗日-欧拉有限元(ALE)方法处理液体大幅晃动问题,并系统地建立了航天器刚-液耦合动力学的数值模型。通过液体受惯性力、刚体受流体作用力与力矩来实现系统的耦合,采用交错算法对液体晃动模块与刚体动力学模块进行迭代求解。将刚-液耦合系统的数值计算结果与物理试验及液体刚化计算结果进行了比较,验证了本文方法的适用性和准确性。成功通过数值仿真观察到耦合系统中贮箱横向振动的非线性软弹簧特性、液体的高阶模态响应,并分析了液体晃动对耦合系统的影响。

美国最新研制的无内衬全复合材料低温压力容器

介绍美国最新研制的无内衬全复合材料低温压力容器。概述了压力容器的发展以及复合材料压力容器的主要分类。阐述了美国ICT公司开展的低温全复合材料压力容器的研制情况,以低温球形贮箱(CryoSphere)的研制为重点,从贮箱材料、制造工艺和试验情况三方面介绍,并阐明了该型贮箱的后续研究计划。