硬式空中加油套管的隨機(jī)穩(wěn)定性與可靠性研究.pdf

1、硬式空中加油是一種效率很高的輸油方式。它具有加油速度快,對(duì)接難度低的優(yōu)勢(shì)。承載著輸油任務(wù)的核心結(jié)構(gòu)是加油伸縮套管。該管道的穩(wěn)定性對(duì)于能否順利實(shí)現(xiàn)燃油輸送具有很大的影響。雖然國內(nèi)外學(xué)者對(duì)硬式空中加油伸縮套管的動(dòng)力學(xué)特性做了很多研究,但研究的重點(diǎn)主要都是該結(jié)構(gòu)受確定性激勵(lì)產(chǎn)生的穩(wěn)定性問題。而在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,伸縮套管在輸油過程中受到的外部激勵(lì)有很多是隨機(jī)激勵(lì)。這種隨機(jī)擾動(dòng)往往會(huì)對(duì)系統(tǒng)的變化起著決定性的作用,完全有可能成為破壞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要原因。

2、因此,為了更加準(zhǔn)確、真實(shí)地描述這一過程,研究空中加油伸縮套管的隨機(jī)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)以及隨機(jī)最優(yōu)控制策略是非常必要的。本文采用隨機(jī)非線性動(dòng)力學(xué)理論完成了下面的工作:
　　1、考慮了軸向隨機(jī)激勵(lì)對(duì)空中加油伸縮套管橫向振動(dòng)的影響:首先將外界隨機(jī)激勵(lì)簡化為平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)(高斯白噪聲激勵(lì)),再根據(jù)彈性理論和伽遼金(Galerkin)方法建立了套管結(jié)構(gòu)在軸向高斯白噪聲激勵(lì)下的振動(dòng)模型。針對(duì)該擬不可積Hamilton系統(tǒng),計(jì)算出其Lyapunov指數(shù),

3、再采用Oseledec乘性遍歷定理分析了系統(tǒng)的局部穩(wěn)定性條件;根據(jù)奇異邊界理論,得到伸縮套管的全局穩(wěn)定性條件;通過求解 FPK(Fokker-Planck-Kolmogorov)方程,得到結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的平穩(wěn)概率密度函數(shù)和聯(lián)合概率密度函數(shù)。同時(shí)研究了系統(tǒng)發(fā)生隨機(jī)Hopf分岔行為的條件,以及不同的參數(shù)對(duì)隨機(jī)分岔行為的影響。
　　2、將空中加油套管系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)用一組Hamilton正則方程來描述,并將其表示為一維擴(kuò)散過程,再建立系統(tǒng)的BK(B

4、ackward Kolmogorov)方程,結(jié)合邊界條件和初始條件,可得到結(jié)構(gòu)的可靠性函數(shù)和“首次穿越”時(shí)間概率密度函數(shù)。還分析了“首次穿越”行為對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,以及不同的參數(shù)對(duì)“首次穿越”的影響。
　　3、利用隨機(jī)平均法和隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃原理,導(dǎo)出了以最大可靠性為目標(biāo)的隨機(jī)最優(yōu)控制策略。如果控制約束力是有界函數(shù),則隨機(jī)最優(yōu)控制是Bang-Bang控制。采用數(shù)值方法可計(jì)算出受控系統(tǒng)的可靠性函數(shù)和“首次穿越”時(shí)間概率密度函數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明