运载火箭芯一级贮箱浮板式防晃结构设计及性能分析

发布时间：2017-07-26 06:04

  本文关键词：运载火箭芯一级贮箱浮板式防晃结构设计及性能分析

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【摘要】：随着我国绕月、深空探测等新任务的提出,大型运载火箭中所携带的液体燃料将会越来越多,燃料的晃动直接会影响运载火箭的姿态或轨道,甚至会导致飞行任务的失败。常见的液体防晃措施为在贮箱内加各种类型的防晃挡板,这些挡板都与贮箱通过焊接固联在一起的,贮箱内液体晃动对贮箱产生的晃动力与晃动力矩可以通过挡板直接作用于贮箱,磨损贮箱的内部结构,使得贮箱的结构强度降低或产生破坏。再者贮箱中繁多的挡板增大了运载火箭的起飞质量,使得运载效率降低。因此如何通过结构设计减小液体的晃动并减小贮箱的质量对以后的航天任务有着重要的实际应用价值。本文针对大型运载火箭的芯一级Cassini贮箱,设计出一种新型的“浮板式”防晃结构。液体晃动产生的动压力作用在“浮板”上,带动浮板和传动浮环运动,进而改变贮箱壁附近流场的分布。液体通过与浮板表面的摩擦来减小晃动动能。对于浮板结构,本文首先研究了不同充液比浮板装置在常重与微重环境下液体的晃动频率,并分析了浮板弹簧刚度及浮板面积对液体晃动频率的影响;最后针对液体的晃动压力,分别研究了在瞬时角速度激励及“Bang-Bang”横向加速度激励作用下、不同充液比贮箱浮板防晃结构、半隔板防晃结构及全隔板防晃结构液体晃动抑制效果。经过比较,浮板结构可以有效吸收液体晃动动能并减小液体晃动对贮箱壁的压力。对于液体的大幅度晃动,液面的突然上升与下降过程可能会产生水跃现象,而浮板结构可以通过两次大的缓冲很快将晃动能量消耗掉。此外,研究发现浮板结构的防晃效果类似于全隔板的抑制效果,也即隔板要达到满意的晃动抑制效果,就必须增加隔板的数量。但增加隔板的数量就必定会增加贮箱的重量,而浮板结构质轻,可以很大程度上减轻火箭芯一级贮箱的重量。
【关键词】：推进剂晃动 晃动抑制 浮板结构 Cassini贮箱
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V421
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题的背景和意义9-11
• 1.2 国内外研究进展11-15
• 1.2.1 国外对液体防晃技术的研究11-14
• 1.2.2 国内在液体防晃领域的研究14-15
• 1.3 论文主要研究的内容15-16
• 第2章 Cassini贮箱防晃浮板设计16-22
• 2.1 引言16
• 2.2 长征系列运载火箭贮箱结构及推进剂分布16-18
• 2.3 新型浮板式防晃结构设计18-21
• 2.3.1 橡塑复合半膜防晃与泡沫防晃18-20
• 2.3.2 浮板防晃结构设计20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 浮板结构的Cassini贮箱液体晃动频率分析22-36
• 3.1 引言22
• 3.2“半人马座”液氧箱晃动频率验证22-25
• 3.3 不同重力环境下浮板结构FLOW-3D仿真25-35
• 3.3.1 仿真模型的建立及参数设定25-29
• 3.3.2 不同重力环境下液体的晃动频率29-33
• 3.3.3 浮板结构参数分析33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 浮板结构对液体晃动的抑制36-72
• 4.1 引言36
• 4.2 浮板模型压力验证36-39
• 4.3 不同激励下带浮板装置的Cassini贮箱晃动压力研究39-71
• 4.3.1 瞬时角速度激励下的晃动压力39-50
• 4.3.2“Bang-Bang”加速度激励下的晃动压力50-69
• 4.3.3 浮板弹簧刚度与浮板面积对晃动的影响69-71
• 4.4 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-80
• 致谢80-81
• 附件81

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本文编号：574978