大型液体火箭姿控与跷振大回路耦合动力学建模与分析

大型液体火箭结构模态的空间化分布特征导致结构振动、姿态运动和推进系统液路脉动存在相互耦合,进而影响传统姿控回路的稳定性.针对大型液体火箭,充分考虑姿态控制系统对箭体姿态动力学和弹性振动的影响,以及箭体结构弹性振动与推进系统的耦合作用(跷振(POGO)),建立了姿控与跷振大回路耦合模型.该模型包含了推进系统、结构系统与姿控系统之间的耦合因素,可进行姿控-结构-推进大回路耦合机理研究.该模型具有非奇异的优点,可以直接用于频域分析和时域仿真.基于该模型研究了我国某型号液体捆绑火箭推进系统参数——泵增益和蓄压器能量值对姿态运动与结构振动稳定性的影响.研究得出,泵增益和蓄压器能量值的变化不仅导致了结构振动的不稳定,而且也导致了姿态运动的发散.因此,对于大型液体捆绑火箭,推进系统与姿控系统之间存在不可忽略的耦合作用,在设计姿控系统时,有必要考虑推进系统对姿控系统稳定性的影响.