运载火箭中时变结构与推进耦合系统的动力学建模与分析

项目名称： 运载火箭中时变结构与推进耦合系统的动力学建模与分析

项目编号： No.11202052

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 张美艳

作者单位： 复旦大学

项目金额： 26万元

中文摘要： 飞行中的运载火箭具有显著的时变动力学特征，箭体振动将引起推力脉动，推力脉动又会回馈激励导致箭体振动，在一些飞行时间段存在动力学耦合，会出现较大振动响应、甚至失稳。 本项目将快速消耗的推进剂视为液体的附加质量、用快速重分析方法计算液固耦合的固有振动特性,进而建立时变的箭体结构模型。将推进系统推力脉动的频域传递函数等价变换为时域算子，与结构动力学方程联立后建立新的描述火箭结构与推进剂管路系统耦合的时变动力学模型。设计/加工一个带液体和贮箱的变质量结构试验件，用带滤波器的激励器模拟推力反馈，开展时变模型的试验验证。建模与验模的基础上，研究结构时变情况与火箭跷振出现的规律、分析跷振时的振动响应，考虑推进系统推力脉动反馈与火箭外激励之间的时滞效应，研究时滞大小对系统稳定性的影响，开展整个时间历程上的瞬态响应分析，为火箭飞行过程中如何抑制POGO振动提供参考，为航天器的振动环境设计提供科学依据。

中文关键词： 耦合；跷振；稳定性；动力学分析；

英文摘要： A launching launch Vehicle has clear time-varying dynamics characteristics. Rocket body vibration generates thrust pulses, whose feedback excitation causes rocket vibration. At specific time points during the launching process, severe oscillation, or even destabilization would occur.This project perceives the fast consuming propellant as liquid added mass. Hence obtain the intrinsic vibration characteristics using rapid re-analyzing methods to calculate the liquid-solid coupling. On this basis, we will build the time-varying rocket structure model。This project aims to transform propulsion system's thrust pulse frequency domain transfer function to its time domain operator equivalent, which is used in conjunction with structural dynamics equitation to build a new time-varying dynamics model that describes the coupling between rocket structure and propellant pipeline.We will design and implement an experimental time-varying structure with tank and liquid. By using a exciter with oscillation filter to simulate thrust feedback with exciter, we validate our time-varying model on this structure.With model building and validation, the team will study the pogo oscillation pattern and its vibration response, thereafter study the impact of time lag effect of the propulsion system thrust pulse feedback and rocket external

英文关键词： Coupling；POGO Vibration；Stability；Dynamic Analysis；