充液航天器自旋稳定性分析的一种近似方法

研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题 .采用Galerkin方法建立液体受迫振动的离散动力学方程 ,并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法 .由系统的动量方程、动量矩方程和液体受迫振动方程建立刚 -液耦合系统的姿态动力学方程 ,并由 Kelvin定理给出了充液航天器的自旋稳定性判据 .通过有限元分析 ,消去稳定性判据中的液体晃动特征模态矩阵 ,从而得到稳定性判据与充液腔体无关而仅与液体自由面有关的结论 .稳定性判据适用于带任意形状的轴对称充液腔的自旋航天器系统 .     

充液航天器姿态稳定分析的Casimir方法

充液航天器中的液体燃料晃动将可能导致航天器姿态不稳定性现象的发生．本文采用哈密顿动力学方法研究了半充液航天器姿态运动的稳定性问题．首先将晃动液体等效为弹簧质量块力学模型,建立了液体晃动与航天器姿态多体耦合动力学系统的哈密顿方程,并进一步推导了与耦合动力学系统相关的Casimir函数;借助于Casimir函数并采用李亚普诺夫稳定性理论推导出耦合系统的稳定性和非稳定性条件,最后给出了数值仿真结果及相关结论．     

带挠性轴太阳帆板充液航天器流—弹—刚耦合动力学研究

本文研究了带挠性轴太阳帆板充液航天器流-弹-固耦合动力学问题,首先由系统对质心的动量矩定理导出了系统动力学方程,接着分析了航天器贮箱内液体涡旋运动、太阳帆板挠性轴扭转运动,最后给出了航天器姿态角速率与液体涡旋运动、挠性轴扭转运动的关系式,给出了数值结果,分析了液体涡旋运动、挠性轴扭转运动对航天器姿态运动的影响。     

充液航天器试验的三维数值分析

对自旋充液航天器地面气浮台试验的动力学特性进行了分析和计算。以刚体系统的动量矩定理和流体运动的基本方程为基础，考虑液体晃动、涡旋、重力、离心力及Ｃｏｒｉｏｌｉｓ力等因素的影响，并运用Ｐｆｅｉｆｆｅｒ推广的关于流体均匀涡旋运动的理论，导出了液体晃动的边值问题和流固耦合旋转系统运动的联立微分方程组。运用边界元方法求解了重力场中部分充液偏置贮箱内液体晃动的三维边值问题，并将系统运动的联立微分方程组交换后化为广义特征值问题来求解。从而求得液体晃动的能量耗散率和系统的章动时间常数。     

充液系统动力学问题

充液航天器内部液体晃动及其对控制系统的影响,是当前国内外航天高科技研究的重要课题,也是一个比较复杂的问题.本文首先由力学变分原理导出充液系统的状态方程,其次分析了充液系统的稳定性,简述了在微重条件下充液航天器内部液体晃动的动力学特性.     

充液航天器的数学模型

首先分析了充液航天器液体晃动系统的三大特点 ,进行五点合理假设 ,使系统最大限度的简化且保持它的实际特性 ;接着用变分原理建立了动力学方程 ,推导出边界条件 ,并就液体作微幅晃动对动力学方程与边界条件进行了线性化 ;最后就液体自由晃动问题对动力学方程与边界条件进行进一步的简化 ,得到了便于数值方法求解的数学模型。     

基于ALE有限元方法的充液刚体耦合动力学仿真

假设液体是不可压缩的粘性液体,用Jourdain形式的普遍动力学原理建立充液系统的动力学控制方程,并采用交替积分法求解此数值计算模型.液体模块采用Lagrange-Euler描述方法建立有限元计算模型;充液刚体模块利用二阶显式Runge-Kutta格式离散的常微分方程组.在刚-液耦合界面将传递系统质心、转动惯量、晃动力、晃动力矩以及惯性力等耦合物理量.计算结果表明该方法能正确地反映充液耦合系统的运动学特征.与假设液面未扰充液系统的响应结果相比,耦合计算获得的结果具有较大幅度的角速度响应.     

复杂系统动力学、控制的几个问题

本文简述的“复杂系统”,即是多刚体、多柔性体、多充液腔体及其耦合的复杂大系统。航天高科技的发展 ,向力学界提出了研究多体复杂系统动力学、稳定性、振动与控制的重要任务 ,本文将力学与航天高科技相结合 ,简述复杂系统的建模、充液柔性航天器动力学与控制、航天柔性结构动力学与控制、充液柔性航天器大幅晃动的数值模拟的几个问题。     

轴对称充液刚体的自旋稳定性

本文改进计算轴对称充液刚体自旋稳定性的 Pfeiffer 近似方法。利用动量矩积分代替欧拉方程,从而导出简明的解析形式稳定性判据。文章还讨论了考虑液体粘性的渐近稳定性问题及充液腔安装误差的影响问题。     

基于能量-Casimir方法的刚-液-柔耦合航天器系统稳定性分析

采用能量?Casimir法对含有柔性附件的充液航天器系统的稳定性进行研究。首先,将燃料晃动和柔性附件分别简化为弹簧–质量块模型和剪切梁模型,建立航天器系统的刚?液?柔耦合模型,通过分析主刚体、液体燃料和柔性附件各部分的动能和势能,推导得到系统的能量?Casimir函数;然后,计算能量-Casimir函数的一阶变分和二阶变分,从而推导出航天器系统的非线性稳定条件;最后,通过数值计算,得到参数空间中系统的稳定和不稳定区域。研究结果显示,航天器刚体的转动惯量、剪切梁的长度、航天器自旋角速度及储液腔的充液比对航天器的姿态稳定性有较大影响。     

半充液自旋稳定卫星的一个实验模型

构造刚体－小球力学实验模型,用以模拟充液卫生内液面的晃动对卫星自旋稳定性的影响。通过大系统加权V函数方法分析了系统的稳定性,并求得其稳定判据。     

柔性贮箱内液体晃动的分析模型

研究了贮箱内液体晃动建模中贮箱的柔性与刚性、液体自由面的晃动与非晃动之间的差别．利用液体晃动特征模态和容器结构振动特征模态将液体晃动和弹性结构振动这2个相互耦合的微分方程边值问题进行离散，从而导出了液固耦合系统的动力学方程、相应的液固耦合系统固有频率方程以及液体晃动对容器和充液容器系统对基座的作用力主矢主矩的计算表达式．通过数值计算，比较了刚性贮箱和柔性贮箱之间在液体晃动频率和晃动作用力主矢主矩上的差异；液体引入表面波假设与不计表面波动的柔性壁贮液容器在结构振动频率和作用力主矢主矩上的差别．通过对柔性贮箱内液体晃动动力学模型的无量纲化，得到了确定该动力学模型的3个基本参数，数值研究了这3个基本参数对系统固有频率、系统响应力主矢主矩的影响．     

求解液体大幅晃动问题的数值方法评述

对在推进剂贮箱中带有自由液面液体大幅晃动问题的研究是一个在充液航天器动力学与控制分析中十分重要的问题．介绍和评述了求解带有自由液面液体大幅晃动问题的数值模拟方法,并简要介绍了这一领域的主要研究成果以及对今后工作的进一步展望     

航天器姿态机动的滑模变结构控制与仿真*

针对航天器姿态机动的控制问题,设计了一种滑模变结构控制器,实现了航天器姿态对时变期望的跟踪。给出航天器姿态的数学描述,采用滑模控制思想设计了控制器,并基于Lyapunov稳定性理论给出控制器的稳定性证明。以推力器为姿态机动的执行机构,给出了控制信号的PWM调制方法。最后在Simulink环境下构建了仿真系统,仿真结果表明在该控制器下,航天器姿态可以实现对期望信号的跟踪。     

中立型系统的稳定性分析

研究了一类中立型系统的稳定性问题,利用离散化的李雅普诺夫泛函,给出了一个稳定性判据条件,所给条件以线性矩阵不等式的形式给出.