空間飛行器中液固耦合晃動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、儲(chǔ)液箱液固耦合問題廣泛存在于工程實(shí)際中。在以燃燒高熱值液體燃料為主要推動(dòng)力的空間飛行器中,研究儲(chǔ)液箱同液體燃料的耦合晃動(dòng)問題具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。本文主要利用運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論,攝動(dòng)法,C-L方法,Melnikov方法,對空間飛行器中的圓柱形液體燃料儲(chǔ)液箱同液體燃料的耦合問題進(jìn)行了研究。具體研究內(nèi)容與主要研究成果如下。
　　 1.基于彈性力學(xué)、流體力學(xué)基本理論,建立彈性柱殼彎曲問題的基本微分方程以及液體的運(yùn)動(dòng)方程,并通過變分原理證明了

2、等價(jià)性。利用模態(tài)展開方法,分別建立剛性儲(chǔ)液箱同液體耦合模型和彈性儲(chǔ)液箱同液體耦合模型。
　　 2.在給定的參數(shù)條件下,分析了剛性儲(chǔ)液箱同液體燃料耦合晃動(dòng)的非線性振動(dòng)微分方程的穩(wěn)定條件,以及耦合系統(tǒng)在受到周期干擾力時(shí)大幅晃動(dòng)所帶來的一些非線性動(dòng)力學(xué)特征,通過耦合系統(tǒng)的相圖和分岔圖,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在干擾力幅值增大時(shí),會(huì)發(fā)生混沌現(xiàn)象。研究系統(tǒng)存在內(nèi)共振的情況,表明:系統(tǒng)進(jìn)入混沌的途徑由非內(nèi)共振條件下的概周期道路改變?yōu)殛嚢l(fā)性道路,并在該系統(tǒng)首

3、次發(fā)現(xiàn)了“混沌同步性”這一在耦合系統(tǒng)內(nèi)共振條件下出現(xiàn)的新現(xiàn)象。
　　 3.用多尺度法、C-L方法研究飛行器中彈性充液系統(tǒng)在簡諧激勵(lì)下組合共振情形下的分岔行為,發(fā)現(xiàn)了非常復(fù)雜的局部分岔現(xiàn)象,得到了這一系統(tǒng)的分岔特性。研究表明:開折參數(shù)毛為零時(shí),即為線性系統(tǒng)的情況,并由此可計(jì)算出充液轉(zhuǎn)換點(diǎn)；當(dāng)充液比小于0.43時(shí),系統(tǒng)非線性剛度表現(xiàn)為硬特性；當(dāng)充液比大于0.43時(shí),表現(xiàn)出軟特性。
　　 4.通過對飛行器多頻激勵(lì)模式下燃料晃動(dòng)

4、方程進(jìn)行分析,得到了系統(tǒng)的在不同參數(shù)下的軌道模式,并確定了系統(tǒng)達(dá)到混沌運(yùn)動(dòng)的閥值,探明了系統(tǒng)通向混沌的途徑通過對系統(tǒng)參數(shù)和實(shí)際物理參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)了值得注意的充液轉(zhuǎn)換點(diǎn)。
　　 5.非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)蘊(yùn)含著復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)行為,例如分岔、混沌等現(xiàn)象。通過對多自由度分段光滑非線性自激振動(dòng)微分方程進(jìn)行近似解析計(jì)算,得到了該多自由度系統(tǒng)的一次近似解析解,提出了一種有效的計(jì)算方法解決了分段積分界限的確定問題。同時(shí),利用 C-L方