变质量圆柱类贮箱流固耦合自由振动分析
航天器在飞行过程中,随着燃料的消耗,其质量逐渐减小,该系统即成为一个变质量振动系统.近年来,变质量系统的研究引起了很多研究者的关注.本文主要研究了在质量减少过程中航天器圆柱类燃料贮箱的振动特性.由于弹性贮箱和液体燃料之间的流固耦合关系,难以求得系统的解析解,使用虚拟质量法对结构进行了简化,建立系统的有限元模型.采用有限单元法得到了系统的运动方程,通过系统的自由振动响应研究变质量对贮箱结构振动特性的影响.首先使用商业软件Patran-Nastran得到了系统部分时刻的刚度矩阵和质量矩阵,然后编写Matlab程序对得到的刚度矩阵和质量矩阵进行插值,得到了系统整个过程中的刚度矩阵和质量矩阵,最后求解运动方程得系统的位移响应和频率响应.由计算结果可知,系统质量的变化引起了系统振动频率的改变,并且产生了一个附加的阻尼.当质量减少时,会产生一个附加的负阻尼,使得系统的振动衰减减慢.系统的质量变化引起的负阻尼与系统的质量变化率成正比.如果系统的质量变化较快,当负阻尼的作用超过结构阻尼的作用,负阻尼会引起系统的振幅增大.
航天发动机 燃料贮箱 流固耦合 变质量结构 自由振动
马驰骋 柳征勇 胡迪科 张希农
西安交通大学航天航空学院/机械结构强度与振动国家重点实验室,西安710049 上海宇航系统工程研究所,上海201108
国内会议
长沙
中文
113-119
2013-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）