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.     

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。     

部分充液柔性转轴的动力稳定性

讨论了腔内部分充液的细长柔性转轴的动力稳定性。通过选择特征量和估计控制方程,边界条件中所有项的量级,把腔内流体的三维流动问题简化为二维流动问题,使用Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ－Ｅｕｌｅｒ梁的弯曲来描述转轴的变形以及二维转子的结果后,可以得到转轴失稳判别的解析表达式,本文工作发展了Ｃｒａｎｄａｌｌ的结果。     

柔性多体系统动力学的研究进展与建模方法

随着空间技术和空间应用等领域需求的不断扩大以及机器人技术的发展,使得考虑部件柔性的系统动力学分析的研究备受重视.简述了柔性多体系统动力学的研究进展,讨论了柔性多体系统动力学建模过程中的建模方法、离散化方法以及坐标系的选择,最后总结并展望了柔性多体系统动力学后续要研究的问题.     

复合柔性结构航天器动力学建模研究

柔性航天器动力学建模的传统方法是采用混合坐标法，针对中心刚体带大型柔性附件类的航天器，这种方法在理论建模和工程应用方面都获得了极大的成功。在中心刚体加柔性附件类航天器柔性动力学研究成果基础上，通过计及柔性体与柔性体连接点间的复合位移变形，利用混合坐标法建立了复合柔性结构航天器动力学模型，其软件系统DASFA 2.0已初步用于工程分析设计。     

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．     

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     

工程车辆全动力液压制动系统充液特性分析

在对新型蓄能器充液阀结构与性能分析的基础上,建立了全液压制动系统恒压及恒流充液过程数学模型,得到了影响充液速度及时间的系统参数及蓄能器与充液阀的结构参数,利用Simulink进行仿真,分析了节流口浮动时系统参数及充液阀结构参数对充液特性的影响规律,实验验证了仿真模型的正确性.     

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。     

挠性充液卫星姿态动力学建模研究

为了研究带重力梯度杆的充液卫星姿态动力学 ,利用带端质量的等效悬臂梁模型及液体晃动的等效力学模型 ,即一组球面摆和一个轴对称圆盘 ,建立了挠性充液耦合的卫星姿态动力学方程。根据某微小卫星的具体参数 ,利用多变量控制系统极点配置选取了 3个反作用飞轮的控制率 ,通过数值仿真计算 ,得到了刚柔耦合及挠性充液耦合卫星姿态角的变化规律。仿真结果表明 ,采用三轴反作用飞轮控制方法 ,并对挠性振动进行动态补偿 ,可以改善姿态控制精度 ;同时得到了液体晃动对姿态角精度的影响     

基于动态输出反馈的挠性航天器主动振动抑制

针对航天器三轴同时姿态机动时挠性附件的振动抑制问题，提出了基于动态输出反馈控制的主动振动抑制方法。采用拉格朗日方法和四元数参数化建立了挠性航天器的非线性模型。利用航天器姿态控制问题固有的无源性，设计了1种仅利用姿态四元数而无需以角速度测量、挠性变形位移及速率测量作为反馈的动态控制规律，并采用压电作动器来抑制挠性结构的振动。基于Lyapunov方法证明了所设计的动态控制器保证了姿态的渐近稳定和模态的振动的衰减。仿真结果表明了所提出的控制方法的可行性和有效性。     

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。     

带自由面充液航天器的自旋稳定性分析

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的动力学方程,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起刚－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．最后以圆柱腔为例,分析了充液航天器自旋稳定性的结果．     

航天器对接过程的动力学建模

航天器对接过程的动力学建模是对接过程动力学仿真的核心内容,该文在描述航天器对接过程的基础上,牛顿－欧拉定理和混合价值 标法对带有大型太阳电池阵的两航天器的对接过程进行动力学建模,建模中将对接系统简化为由追踪飞行器、目标飞行器和主动对接机构组成的三体系统,追踪飞行器和目标飞行器作为带有挠性附件的中心刚体考虑,主动对接机构作为刚性体处理,对于挠性附件用有限元法进行离散。除给出接触撞击模型外,还重点讨论缓冲系统的简化模型,从而构成了对接过程的完整的动力学模型,为对接过程的动力学仿真打下基础。     

多柔体系统动力学模型的特征值降阶方法

详细研究了多柔体系统动力学模型的特征值降阶问题，针对挠性空间飞行器系统的姿态动力学方程，推导出基于Riccati迭代算法的特征值模态截断准则和计算步骤。分析结果表明，它较一般特征值截断准则更能精确地反映原系统特性，并且能准确地保留原系统低阶模态频率和振型。其模态截断后动力响应曲线与原系统吻合较好。     

航天器伸展附件振动稳定性

以定轴转动的中心刚体和柔性伸展附件组成的刚柔耦合系统作为航天器模型,研究系统的部分变量稳定性问题。假设附件为有限变形梁,但其本构方程是线性的。利用能量积分构造Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数,根据部分变量稳定性定理,证明等速伸展或收缩梁的横向非线性振动稳定。证明了这个结论可以推广到两种更一般的航天器模型：１）中心刚体质心运动而全系统质心在惯性空间中不动。２）中心刚体带有充满理想流体的充液腔。     

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 .     

内燃机多连杆机构的多体动力学分析

对提出的一种多连杆机构内燃机,采用Pro/E 3D软件进行实体建模,运用机械系统动态仿真程序ADAMS和有限元分析软件ANSYS相结合,分别采用柔性体和刚性体两种不同方法对主要杆件进行了多体动力学仿真与对比分析.结果表明,较之刚性体的分析方法,柔性体方法能够获得更准确的仿真分析结果,可以更精确地了解杆件在实际运动过程中的动力学参数和动态行为,从而获得更接近于实际的有限元分析受力边界条件,提高系统仿真精度.