航天器贮箱液体的有效转动惯量(上)

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1、2011年第1期导弹与航天运载技术No．I2011总讹311蚝玎MIssILESANDSI)人(’EVE川t(’I。ESSumNO．3Il文章编号l1004-7182(201I)Ol-0021-05航天器贮箱液体的有效转动惯量(上)马斌捷1，刘桢1，林宏2(1．北京强度环境研究所，北京，100076；2．北京宇航系统工程研究所，北京，100076)摘要：分析整理了航天器圆环筒形平底贮箱内液体的有效转动惯量计算方法，修正了现有文献中的错误，在常用的参数范围内对液体的有效转动惯量进行了计算，对其变化规律和影响因素做了物理分析，推导了液体滚转有效转动惯量的计算公式，并给出了适用的近似计算方法

2、。对于纵向挡板引起的液体滚转有效转动惯量，给出了工程计算方法，能够确定滚转时液体的有效转动惯量和阻尼的量级和范围．讨论了横向挡板对绕横轴的液体有效转动惯量的影响，指出了目前未解决的问题，提出了开展液体有效转动惯量工程研究的建议．关键词：液体晃动；阻尼；转动惯量中图分类号：V412文献标识码：AEffectualLiquidInertialMomentinSpacecraftTank(I)MaBinjiel，LiuZhen1，LinHon92(1．BeijingInstituteofStructureandEnvironmentEngineering，Beijing，100076：2．B

3、eijingInstituteofAstronauticalSystemsEngineering，Beoing，100076)Abstract：Thispaperanalyzesandsettlesthecomputationalmethodsabouttheeffectiveliquidinertialmomentinannulartank，computestheliquidinertialmomentintherangeofcommonparameters，carriesoutthephysicalanalysisonthevaryingrulesandinfluencingfac

4、tors。developstheformulaabouttheeffectiveliquidinertialrollingmoment，anddescribestheapproximatecomputationalmethodforengineeringapplication．Theengineercomputationmethodhasgivenoutfortheinertiamomentcausedbybaffles．Usingthismethod，thelevelandrangeofboththeeffectiveinertiamomentandthedampingofliqui

5、dscouldbeobtained．Intheend，theeffectofthetransversebaffletotheeffectiveliquidinertiamomentisdiscussed．Andsomeunsolvedproblemsarepointedout．Thesuggestionsontheeffectiveliquidinertiamomentaregivenforengineeringpurpose．KeyWords：Liquidsloshing；Damping；InertiamomentO前言航天器贮箱内液体绕横轴和纵轴的有效转动惯瞳参数是1s行控制系统仿

6、真分析的霞要基础。以往在中国的火箭和卫星研制中对推进剂、P动晃动特性进行了充分的研究，通过晃动试验给ff{了晃动频率和阻尼、晃动质颦和质心，但对推进剂转动晃动特性的研究非常有限，贮箱内液体的有效转动惯最没有进行试验。贮箱内一般无竖向挡板，绕纵轴的滚动转动惯毓数值较小不予考虑，绕横轴的俯仰或偏航转动惯毓近似将液体固化，以相H质繁和分布的固体转动惯量来代替不I司时刻剩余推进剂的转动惯鞋。液体晃动问题在20世纪六、七十年代已经基本解决，各种简单形状的光壁贮箱的液体晃动特性或者有精确的理论解析解，或者有近似的变分解，或者有试验结果。对于液体的转动晃动特性，理论分析的文献很少，试验研究更加缺乏，

7、现有的成果仪限于圆环简形平底贮箱，其它形状贮箱基本E没有计算方法。圆环筒形平底贮箱满箱状态液体绕横轴的转动惯帚是根据贮箱简谐转动的液体运动速度势函数，通过求解Laplace方程获得绕不同位簧横轴的有效转动惯瞳Il～1，采用移轴定理可将转动惯镀换算到任何所需的位置：但对于自由液面状态绕横轴的转动惯最只有圆筒形贮收捣II期l2010．12．10l修州

8、I期l2010．12．30作者简介。7§斌捷(1961．)，男。硕f：．研究员．主要从事结构强度与