有加速度時軸對稱貯箱內(nèi)液體晃動的數(shù)值模擬.pdf

1、現(xiàn)代大型復(fù)雜航天器為實現(xiàn)各種規(guī)定的動作和長壽命要求，都帶有多個大型燃料貯箱。當(dāng)充液航天器進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移、姿態(tài)機(jī)動、交會對接與分離時，貯箱中液體燃料的晃動將對航天器的穩(wěn)定性、控制精度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及燃料管理產(chǎn)生影響。因此液體晃動問題在充液航天器的設(shè)計中受到人們廣泛的重視。 液體晃動問題是由于自由液面而形成的不可壓縮流體動力學(xué)的初邊值問題，對該問題N-S方程的處理使液體晃動分為小幅晃動和大幅晃動。 小幅液體晃動的研究主要集中在線

2、性化N-S方程的求解，包括充液貯箱穩(wěn)態(tài)下液體的自由晃動、擾動激勵下貯箱中液體的受迫晃動以及充液體系統(tǒng)的等效力學(xué)模型分析?？紤]非線性的小幅液體晃動，我們采用攝動理論對線性模型進(jìn)行修正；大幅非線性液體晃動是直接對擾動下貯箱中的流體運動N-S方程進(jìn)行求解并計算流體運動對貯箱的作用力和作用力矩的時間歷程。 在工程設(shè)計中，我們經(jīng)常采用軸對稱容器。軸對稱規(guī)則不僅有利于提高箱體機(jī)械強(qiáng)度和剛度，增大容積、減輕重量和降低加工難度，而且也給動力學(xué)分

3、析帶來很大方便。 本文利用有限單元法研究了有加速度時軸對稱容器內(nèi)液體小幅度晃動的特征問題。首先，將液體晃動的微分方程及邊值問題轉(zhuǎn)化為具有積分形式的泛函極值問題，在此基礎(chǔ)上用有限元法進(jìn)行離散，采用線性插值函數(shù)和Petrov-Galerkin提法的權(quán)函數(shù)，建立了方程組并進(jìn)行求解；編寫了求解軸對稱容器內(nèi)液體晃動特征頻率的通用程序，比較了用標(biāo)準(zhǔn)Galerkin方法計算的結(jié)果。結(jié)果顯示Petroy-Galerkin法在處理液體晃動問題時精