有加速度時(shí)軸對(duì)稱(chēng)貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)的數(shù)值模擬.pdf

1、現(xiàn)代大型復(fù)雜航天器為實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的動(dòng)作和長(zhǎng)壽命要求，都帶有多個(gè)大型燃料貯箱。當(dāng)充液航天器進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移、姿態(tài)機(jī)動(dòng)、交會(huì)對(duì)接與分離時(shí)，貯箱中液體燃料的晃動(dòng)將對(duì)航天器的穩(wěn)定性、控制精度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及燃料管理產(chǎn)生影響。因此液體晃動(dòng)問(wèn)題在充液航天器的設(shè)計(jì)中受到人們廣泛的重視。 液體晃動(dòng)問(wèn)題是由于自由液面而形成的不可壓縮流體動(dòng)力學(xué)的初邊值問(wèn)題，對(duì)該問(wèn)題N-S方程的處理使液體晃動(dòng)分為小幅晃動(dòng)和大幅晃動(dòng)。 小幅液體晃動(dòng)的研究主要集中在線

2、性化N-S方程的求解，包括充液貯箱穩(wěn)態(tài)下液體的自由晃動(dòng)、擾動(dòng)激勵(lì)下貯箱中液體的受迫晃動(dòng)以及充液體系統(tǒng)的等效力學(xué)模型分析?？紤]非線性的小幅液體晃動(dòng)，我們采用攝動(dòng)理論對(duì)線性模型進(jìn)行修正；大幅非線性液體晃動(dòng)是直接對(duì)擾動(dòng)下貯箱中的流體運(yùn)動(dòng)N-S方程進(jìn)行求解并計(jì)算流體運(yùn)動(dòng)對(duì)貯箱的作用力和作用力矩的時(shí)間歷程。 在工程設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常采用軸對(duì)稱(chēng)容器。軸對(duì)稱(chēng)規(guī)則不僅有利于提高箱體機(jī)械強(qiáng)度和剛度，增大容積、減輕重量和降低加工難度，而且也給動(dòng)力學(xué)分

3、析帶來(lái)很大方便。 本文利用有限單元法研究了有加速度時(shí)軸對(duì)稱(chēng)容器內(nèi)液體小幅度晃動(dòng)的特征問(wèn)題。首先，將液體晃動(dòng)的微分方程及邊值問(wèn)題轉(zhuǎn)化為具有積分形式的泛函極值問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上用有限元法進(jìn)行離散，采用線性插值函數(shù)和Petrov-Galerkin提法的權(quán)函數(shù)，建立了方程組并進(jìn)行求解；編寫(xiě)了求解軸對(duì)稱(chēng)容器內(nèi)液體晃動(dòng)特征頻率的通用程序，比較了用標(biāo)準(zhǔn)Galerkin方法計(jì)算的結(jié)果。結(jié)果顯示Petroy-Galerkin法在處理液體晃動(dòng)問(wèn)題時(shí)精