带挠性附件的航天器系统动力学特性研究

本文研究了带挠性附件的航天器系统动力学特性。带挠性附件的航天器系统建模为刚性主体带挠性附件（挠性附件的末端带有刚性质量），根据拟坐标下的Ｌａｇｒａｎｇｅ定理建立了主刚体姿态运动与挠性附件振动相互耦合的动力学状态方程。针对一类带挠性附件的航天器系统编制了有关计算软件，利用该软件以ＳＣＯＬＥ模型（ＳＣＯＬＥ是ＳｐａｃｅｃｒａｆｔＣｏｎｔｒｏｌＬａｂｏｒａｔｏ－ｒｙＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔ的缩写，其系统构形可参见文献［２］［３］）为例进行动力学分析，我们得到了与ＮＡＳＡ有关报告几乎完全一样的结果。本项研究为一类带挠性附件的航天器控制系统设计提供了一种合适的动力学理论模型。

应用能量－Casimir方法研究充液卫星系统的运动稳定性

利用能量－Ｃａｓｉｍｉｒ方法研究了带４个挠性粱的充液卫星系统在无外力矩状态下，关于绕铅垂轴稳态转动的非线性稳定性条件，该条件考虑了液体的涡旋、弹性梁的振动、卫星主刚体的旋转以及流－弹－刚之间的耦合，此外还考虑了离心力与Ｃｏｒｉｏｌｉｓ惯性力的影响。推广了Ｒｕｍｊａｎｔｓｅｖ和Ｍａｒｓｄｅｎ的部分结果，为带挠性粱的充液航天器的运动稳定性总体设计提供了可靠的理论依据。

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。

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．

非线性晃动问题的 ALE 边界元方法

利用ＡＬＥ（任意的Ｌａｇｒａｎｇｅ－Ｅｕｌｅｒ）边界元方法数值求解了具有自由液面的非线性晃动问题，即受外力激励下流体的非线性振动问题。把ＡＬＥ有限元方法的思想应用到边界元方法中，得到了ＡＬＥ边界元方法。对于自由液面的非线性动力边界条件，应用Ｇａｌｅｒｋｉｎ加权方法进行了有限元数值离散。为了增加求解精度，对动力边界条件提出了增加误差修正项的数值求解方法。对时间变量采用Ｎｅｗｍａｒｋ方法进行离散。推导了系统非线性方程的预测－多次校正法迭代格式。进行了算例分析与比较，得到了令人比较满意的结果。

微重状态下任意旋转对称容器内液体晃动特性研究

本文研究了微重状态下任意旋转对称容器内液体晃动力学问题,分析给出了液体晃动的等效力学模型。本文编制的程序适用于任意旋转对称容器,采用边界曲线离散化,具有输入数据简单,计算CPU时间较少等特点。为有关晃动的工程设计提供了可靠的参考软件。

充液飞行器大角度操纵变结构控制

本文利用交结构控制理论的原理研究了全充液飞行器的大角度操纵问题。基于充液飞行器的简化模型,在状态空间中设计控制规律以约束状态至滑模。滑模通过在一个约化空间中求解最优控制问题获得,其解是角速度作为姿态变量的函数。算例显示沿着滑模的运动对参数变化与非模型效果不敏感。

复杂腔体中流弹耦合振动的有限元解

本文根据对称性采用半解析有限元法，将带有球形弹性隔板的球形贮箱中的三维流弹耦合问题化为两维问题．对流体域采用三角形环单元，球壳隔板采用截锥单元，分别应用Galerkin方法和Hamilton原理对流体和球壳隔板推导出了有限元离散方程．编制了计算机计算程序，并利用Arnoldi方法进行了算例计算与分析．

全充粘性液体偏置多腔卫星系统自旋稳定性问题研究

本文应用Pfeiffer思想分别将单个腔内的液体旋度平均化,使之与空间坐标无关,由此将液体的无限自由度问题离散为有限自由度问题,利用动量矩守恒原理代替欧拉方程,采用线性理论分析了轴对称布置的多腔充液刚体陀螺系统的稳定性。

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.

Kirchhoff相似性原理与弹性纤体的空间混沌构形(英文)

着重讨论三维弹性纤体空间静态构形力学与陀螺体的时间动态力学之间的广义Kirchhoff相似性原理。通过研究陀螺体的受扰姿态运动的哈密顿结构及与其相关的Melnikov积分,解析地确定了弹性纤体静态混沌构形可能产生的条件。采用7-8阶Runge-Kutta算法定量地核对了由Melnikov方法所得的定性结果。三维弹性纤体存在于不同尺度的物质结构中(从微观的DNA双螺旋结构到宏观的弹性细杆、细绳、电缆、音像磁带和卫星系绳等)。仿真结果表明,在合适的载荷条件下,弹性纤体的平衡构形将呈现起因于同宿/异宿分叉的混沌。

带有弹性隔板的圆柱形贮箱内液体的晃动问题

贮箱内的液体晃动会影响航天器的稳定性。为抑制液体晃动，常在贮箱内布置一些隔板。研究了圆柱形贮箱内液体晃动和弹性隔板振动的耦合问题。在研究中考虑了自由液面边界条件，由于流体和弹性隔板的耦合边界条件比较复杂，在理论分析上有较大的困难。对防晃隔板的上下两部分中的液体分别采用不同的速度势函数，首次利用双势函数导出了耦合频率的方程。通过数值计算得到了基频随隔板位置及刚度变化的规律。

弹性底板有限长方形容器内液体晃动

考虑了具有弹性底板的部分充液的有限长方形容器内的液体的耦合晃动问题。采用能量法导出了耦合频率的方程，数值结果表明基频随液面高度增加而提高，且趋向于刚性容器内的液体晃动的极限基频。

带挠性梁的充液飞行器边界控制

考虑在惯性空间中全充液挠性飞行器的控制模型，轻挠性梁一端固于刚体，另一端自由。系统动力学方程由主刚体欧拉方程、液体的平均化Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程和梁的欧拉方程耦合而成。研究表明，借用适当的作用于梁自由端的边界控制，作用于主刚体的控制力矩及作用于液体“等效刚体”的阻尼力矩，能使整个系统稳定。