平放圆柱体内液体晃动特性及横向受力分析

基于势流理论研究平放圆柱形贮箱内任意充液比液体晃动问题,用Galekin方法求解该边值问题。研究液体自由晃动问题求出满足边界条件的势函数空间项,分析液体晃动频率随充液比例和半径变化的情况,并与实验结果进行了对比,吻合良好。在液体强迫晃动中从自由液面动力学方程出发消掉空间项得到势函数时间项n阶微分方程并数值求解。推导了液体作用在贮箱上的横向力,并计算不同充液比时地震加速度激励下的贮箱受力。     

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．     

充液卫星地面物理仿真方法

充液卫星地面物理仿真中,受重力影响,无法在气浮台上直接放入液体贮箱进行仿真。为实现充液卫星整星模型的地面物理仿真,该文提出利用飞轮施加卫星充液贮箱内液体的晃动力矩的方案。该试验方案基于液体晃动的等效单摆模型,得到了实时获取卫星液体晃动力矩数值,并通过飞轮实时施加等效晃动力矩,来等效液体晃动,进行整星运动仿真。仿真结果及理论分析表明:考虑采样时间、延时效应、外力矩的影响,该地面物理仿真方案能够很好地模拟在轨卫星的运动规律;对飞轮求解方程进行等效处理可以简化飞轮角速度指令计算及相应陀螺力分析。     

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.     

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．     

液体晃动力学参数的辨识

提出一种确定液体晃动力学参数的新方法。建立晃动液体和运动容器的力学模型和它的差分方程，实测液体晃动时充液容器运动的信号，采用广义最小二乘法处理试验数据，估计出液体晃动的力学参数。用此种辨识方法获得的液体晃动的主频率和参预基频晃动液体的等效质量与理论计算和共振试验法得到的结果基本一致。     

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。     

充液椭球形Cassini贮箱刚-液耦合晃动特性试验研究

针对火箭发生刚-液耦合晃动现象时，箭体产生的横向偏移和姿态偏转难以在地面有效模拟的问题，设计并提出了一种基于六自由度平台的地面刚-液耦合晃动实验装置及方法，介绍了该装置的基本结构系统、刚-液耦合晃动实现方法及流程。在不同激励频率和多组充液高度下，对无挡板贮箱的刚-液耦合晃动位移进行了试验研究，发现激励频率与刚-液耦合晃动位移之间满足三次多项式函数关系。此外，从液体晃动的被动控制角度出发，在相同工况下对比探究了薄膜浮板与环形挡板对液体晃动的抑制效果，并对两种挡板结构下的晃动位移差异进行了解释分析。实验发现：薄膜浮板在不同充液高度下的“频率-位移”曲线趋势基本一致；而环形挡板与初始液位高度水平时，其对液面晃动的抑制效果最明显。     

Nonlinear phenomena of three-dimensional liquid sloshing in microgravity environment

In astronautic engineering, propellant sloshing, i.e. the oscillatory motion of a liquid propellant in a mov- ing container, is a subject of great importance[1―17]. Sloshing has an unfavorable influence on spacecraft stability and may disturb the flight …     

通过肘形区域的理想非压缩流体数值模拟

本文给出二维的理想非压缩流体欧拉方程边值问题的一种新的数值计算方法.文中主要考虑具备流入和流出的流体通过一个有界肘型区域的情形.通过坐标变换,将原欧拉方程变换为一种新的适合于肘型区域的求解形式,再用有限差分法,得到问题的近似求解格式.最后文中将此方法应用到不同肘型形状的区域上,进行数值模拟,说明了算法有效性.     

Impact of slip boundary on sloshing motions in partially filled containers

Sloshing is a kind of fluid motion inside partially filled containers. In spacecraft and other partially filled moving containers, sloshing plays an important role. The contact line between the fluid and solid boundary affects the fluid movement and sloshing during motion. A physical model for steady fluid flow with a partial slip boundary is presented and equations for this model are derived for cylindrical (tube-shaped) tanks. This gives a nonlinear system of differential equations that is solved numerically by using a Successive Over-Relaxation (SOR) technique and graphical results are shown. Variations in steady fluid flow are observed with changes in the slip length and some useful results are derived. The effects on the microscopic radius of the fluid layer in a capillary tube are also shown through graphical results.     

一类一阶椭圆型方程组的Schauder估计

考察在两维平面上,当边界并非光滑的情况下,一类一阶椭圆型方程组的边值问题.采取了Schauder估计的方法,选取一种加权的Hlder范数,通过将一阶椭圆组化为二阶的形式,利用二阶椭圆方程相关结果,得到了方程组的正则性和Fredholm型可解性结果.     

基于VOF和浸入边界法的粘性二相流模型对LNG液舱晃荡的数值模拟

摘要 本文采用基于Volume of Fluid（VOF）方法和浸入边界法的粘性二相流模型对LNG液舱（棱形液舱）的晃荡问题进行数值模拟。粘性二相流模型采用一套控制方程进行处理。整个计算区域为矩形,自由液面的跟踪和更新采用VOF方法,斜边边界的处理考虑用到浸入边界法,把边界以外的当成是固体,在对VOF中的体积分数F的处理时引入通度系数以适应斜边边界。最后模拟得到液舱横荡的运动过程,对研究这一类型的晃荡运动具有参考价值。     

一类三维偏微分方程边值问题的解法

基于偏微分方程第三类边值问题，提出了一类同时包含第一类、第三类边界条件的边值问题，探讨了此类边值问题如何转化为变分与泛函极值问题．用三个定理证明了在一定条件下三者解之间的等价关系，拓宽了偏微分方程边值问题的求解思路．并灵活运用此三类问题，使复杂方程问题简单化．这不仅为数学、还为物理、生物、化学、计算机信息等各学科求解方程提供了捷径．     

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．     

一类三点边值问题的微分不等式及其奇异摄动

在已有的理论基础上研究二阶非线性微分方程三点边值问题的微分不等式理论与解的存在性.然后利用所得的结果研究二阶拟线性微分方程三点边值问题的奇异摄动现象及解关于退化解的误差估计.