一类Cassini贮箱液体小幅晃动问题的研究

针对航天工程中常见的某一类特殊几何形状贮箱(腰为圆柱,两底为半球),利用R itz变分法研究了其中液体的小幅自由晃动问题和横向受迫晃动问题,得到常重下液体晃动的固有频率和振型、速度势分布、波高变化、压力分布、液体作用于贮箱壁的力等用于指导工程实践的重要物理量.同时得出一个对于以后的研究具有指导性意义的结论:对于轴对称形状贮箱,当其作任意横向运动时,其中液体只有对应周向模态阶数为1的反对称模态才被激发.

Cassini贮箱防晃设计

液体晃动会对飞行器动力学和控制系统造成影响,为了降低液体晃动带来的负面影响,本文从被动控制角度出发,对常见的Cassini贮箱提出几种防晃设计方案,并探索不同因素对贮箱防晃性能的影响.通过Flow3d商业流体软件对比分析环形挡板贮箱、扇叶挡板贮箱、环形浮板贮箱的性能后,给出了一种挡浮板复合结构贮箱,并通过对比验证了这种思路的可行性.

液体晃动动态性能实验设计与数据后处理方法研究

针对带充液贮箱的运载工具中液体晃动问题,设计了一种可以准确测量晃动力和晃动力矩的液体晃动实验平台。首先,依据实验目的对传感器分布、实验平台结构和晃动实验流程进行设计分析;其次,通过设计不同的实验分别对力传感器的灵敏度、静态性能和动态性能进行实验验证,重点利用最小二乘法对力传感器采集到的整体动态数据进行处理,消除固件惯性力和零均值测量误差的影响,并得到由贮箱内液体晃动产生的非平衡晃动力和晃动力矩的无偏量估计值;最后,以横置Cassini贮箱为例,分别采集不同频率简谐外激励下贮箱内的液体晃动力和晃动力矩,并将实验结果与计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)理论仿真结果进行对比分析。结果表明:2种不同方法得到的晃动力和晃动力矩的幅值变化趋势和振荡周期均能良好的吻合,进一步验证了所设计实验平台的准确性和可靠性。