基于稳定性理论的液体火箭POGO振动特性研究

发布时间：2017-07-20 11:16

  本文关键词：基于稳定性理论的液体火箭POGO振动特性研究

  更多相关文章： 液体火箭POGO振动 中心流形 庞加莱-伯克霍夫范式 霍普夫分岔

【摘要】：大型液体火箭在发射飞行过程中,随着液体燃料介质地不断消耗,剩余的燃料会在火箭管路部分发生剧烈地振动。液体燃料介质在火箭泵系统的振动会降低火箭纵向壳体的振动频率,进而会使火箭液路频率与壳体频率相接近达到共振。这种流固耦合现象称之为液体火箭POGO振动。液体火箭POGO振动不仅会使危害火箭所携带设备性能,而且还会对宇航员的生命健康造成危害。本文主要研究内容:首先,本文以质量守恒定律、动量守恒定律和牛顿第二定律为理论基础,建立了液体火箭POGO振动的非线性动力学模型。其方法是:将液体火箭液路部分分为贮存箱,管路,泵系统,蓄压器,燃烧室等主要部分,并且根据其各自特点分别运用以上理论进行建模。最终通过三通,波纹管等连接器将各个部分的模型组合成整个液路系统的模型。由于火箭在飞行过程中,其燃烧室对火箭壳体的脉冲力最大,其他各部件对其脉冲力较小,在不失模型的精准性的前提下,可以将其忽略。液路系统的振动通过火箭的燃烧室传递给壳体,壳体反过来再次将振动传给液路系统。就这样,形成了液体火箭POGO振动的流固耦合现象。其次,根据中心流形法以及复数正规形法对模型进行化简降维,来研究系统稳定性以及系统分岔点特性。通过系统系数矩阵特征值实部的符号作为研究系统稳定性的前提,当系统矩阵出现纯虚根以及实部为复试的特征值时,系统的稳定性将由纯虚根的性质决定。通过复数正规形法,求出相应的约旦矩阵。并用中心流形法求出约化方程,完成降维。最后,通过庞加莱-伯克霍夫范式理论对系统进一步降阶,来研究系统的霍普夫分岔特性以及极限环。通过计算约化方程的相关系数,根据范式理论条件,将方程转化为三阶简单的范式方程。并通过极坐标的转换,以霍普夫分岔定理作为理论基础,讨论其特性。
【关键词】：液体火箭POGO振动 中心流形 庞加莱-伯克霍夫范式 霍普夫分岔
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V434.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 主要符号表11-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 论文研究背景目的与意义12-13
• 1.2 火箭POGO振动的机理13-14
• 1.3 国内外研究现状14-19
• 1.3.1 国内研究现状14-16
• 1.3.2 国外研究现状16-19
• 1.4 本文研究内容19-20
• 第2章 大型液体火箭POGO振动系统动力学模型20-34
• 2.1 引言20-21
• 2.2 液路系统非线性动力学模型21-31
• 2.2.1 管路系统模型22-23
• 2.2.2 贮存箱模型23-24
• 2.2.3 蓄压器的模型24-25
• 2.2.4 火箭液路系统其他部件模型25-26
• 2.2.5 泵的模型26-29
• 2.2.6 火箭燃烧室模型29-31
• 2.3 液体火箭纵向壳体的模型31-33
• 2.4 本章小节33-34
• 第3章 大型液体火箭POGO振动系统分岔点特性研究34-43
• 3.1 引言34-35
• 3.2 中心流形降维理论35-37
• 3.2.1 中心流形理论的概述35
• 3.2.2 中心流形定理以及约化方程35-37
• 3.3 用中心流形对液体火箭POGO振动系统降维37-39
• 3.4 霍普夫分岔方程以及分岔点特性研究39-40
• 3.5 液体火箭POGO振动系统数值计算以及结果分析40-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 大型液体火箭POGO振动霍普夫分岔特性研究43-54
• 4.1 分岔理论的简介43-46
• 4.1.1 分岔理论的定义以及分类43
• 4.1.2 分岔理论的历史发展43-44
• 4.1.3 常用于分岔理论研究的方法44
• 4.1.4 Hopf分岔理论及其定理44
• 4.1.5 霍普夫分岔理论研究现状44-46
• 4.2 庞加莱-伯克霍夫范式46-48
• 4.3 火箭POGO震动模型的PB范式计算以及HOPF分岔分析48-50
• 4.4 对庞加莱-伯克霍夫范式验证50-53
• 4.5 本章小结53-54
• 结论54-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文62

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本文编号：567760