动态子结构方法在全箭动特性分析中的应用研究

《动态子结构方法在全箭动特性分析中的应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第２０卷第３期载人航天Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．３２０１４年５月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＭａｙ２０１４动态子结构方法在全箭动特性分析中的应用研究张忠，韩丽，任方，李海波，秦朝红（北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室，北京１０００７６）摘要：液体推进剂质量对运载火箭全箭动力学特性有重要影响，其动力学建模是全箭动力学建模的难点和重点。结合航天工程实际，提出了采用虚质量法和动态子结构方法相结合的液体推进剂建模方法，减缩了计算模型自由度，提高了计算效率，实现了全箭动力学特性分析。最后，以某液体运载火箭为例，分析了不同液体推进剂建模方法对全箭动特性计算结果的

2、影响。关键词：结构动力学；动态子结构法；液体推进剂；航天工程中图分类号：Ｖ４２１．１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１４）０３-０２０９-０５ApplicationsofDynamicSubstructureTechnologyinStructuralDynamicAnalysisofLaunchVehicleＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇ，ＨＡＮｌｉ，ＲＥＮＦａｎｇ，ＬＩＨａｉｂｏ，ＱＩＮＺｈａｏｈｏｎｇ（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎ

3、ｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｍａｓｓｏｆｌｉｑｕｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｔｈｅｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｌｉｑｕｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｉｓｓｔｉｌｌｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｒｏｂ-ｌｅｍｓｉｎｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔ

4、ｈｅａｅｒｏｓｐａｃｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｌｉｑｕｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｗｈｉｃｈｃｏｍｂｉｎｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｖｉｒｔｕａｌｆｌｕｉｄｍａｓｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍＤＯＦｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅａｃｃｕ-ｒａｃｙ，ａｎｄｗａｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ｔａｋｉｎｇｓｔｒａｐ-ｏｎｌａｕｎｃｈｖｅ-

5、ｈｉｃｌｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｑｕｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Keywords：ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｙｎａｍｉｃｓ；ｄｙｎａｍｉｃｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｌｉｑｕｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ；ｓｐａｃｅｅｎｇｉ-ｎｅｅｒｉｎｇ征值计算问题的有效方法，模态综合法将整个系１引言统划分为多个子结构，每个子结构独立建模，然后运载火箭全箭动力学特性是姿态控制系统设再组配成整体结构，其优点是可以缩减系统自由计、载荷分析、ＰＯＧ

6、Ｏ分析等的基础和依据，全箭度，提高计算效率。根据子结构界面约束条件的［１］动特性建模和分析是必不可少的。运载火箭不同，可以把子结构位移表达式分为三类：①自由［２-６］的结构变得越来越复杂，呈现出空间模态特征，仅界面模态综合法；②约束界面模态综合［７-１０］［３，１１］仅依靠传统的梁模型无法很好的反映其动力学特法；③混合界面模态综合法，邱吉宝对模性，需建立复杂的三维模型，导致相应的计算成本态综合法进行了系统的研究，并在文献［１１］中对增加，有时所建立的有限元模型甚至会有上百万动态子结构法进行了总结。个自由度，如何提高计算效率成为解决该问题的运载火箭贮箱内装有的液体

7、燃料，约占运载关键。子结构模态综合法是解决大型复杂结构特火箭质量的８０％，液体建模的正确与否直接影响收稿日期：２０１３-０９-１０；修回日期：２０１４-０４-２３基金项目：国家重大基础研究项目（６１３１３３）作者简介：张忠（１９８３-），男，博士，研究方向为结构动力学。Ｅ-ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｚｈｏｎｇ８８６６＠１６３．ｃｏｍ２１０载人航天第２０卷全箭动力学建模的准确性。目前工程上液体建模［F］＝［Ω］·［σ痹］（４）［１２］多采用集中质量方法和虚质量方法。集中质附加质量阵如式（５）所示。－１量方法可应用于运载火箭梁模型或三维模型，将［MA］＝［Ω］·［χ］（５

8、）液体当作单纯的集中质量