《星-箭-包帶連線結構解鎖分離動力學研究》是依託清華大學，由閻紹澤擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：星-箭-包帶連線結構解鎖分離動力學研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：閻紹澤
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
星箭包帶連線結構是國內外衛星與火箭連線的主要結構形式，星-箭-包帶連線結構解鎖分離動力學性能的優劣直接影響衛星及星上高精度附屬檔案的性能，甚至關係到發射任務的成敗。本項目旨在解決星-箭-包帶連線結構解鎖分離動力學及失效分析問題。針對具有變軌要求的帶有推進劑的衛星和長征系列末級火箭，考慮衛星貯箱推進劑的液體晃動和爆炸螺栓的爆炸衝擊，引入變拓撲結構動力學理論，建立星-箭-包帶連線結構解鎖分離動力學模型，以解決星箭包帶連線結構解鎖分離的全過程動力學模擬和包帶包絡預測問題，揭示包帶連線結構特徵參數、衛星推進劑的液體晃動和爆炸螺栓的爆炸衝擊對衛星分離動力學行為的影響規律；提出星箭包帶連線結構的失效分析方法，以及評估典型故障對星箭分離的影響。這項研究將豐富和完善包帶連線結構設計理論，提高未來高精度衛星在星箭分離時運行的可靠性和穩定性。
結題摘要
星箭包帶連線結構是國內外衛星與火箭連線的主要結構形式，星-箭-包帶連線結構解鎖分離動力學性能的優劣直接影響衛星及星上高精度附屬檔案的性能，甚至關係到發射任務的成敗。本項目旨在解決星-箭-包帶連線結構解鎖分離動力學及失效分析問題。利用彈性力學理論，得到了包帶式連線結構的承載能力公式，分析了主要參數對包帶連線結構承載能力以及包帶預緊力對結構拉伸剛度特性的影響規律；建立了爆炸螺栓的動力學模型，提出了星箭分離過程中包帶鎖緊裝置動態包絡的分析方法，編制了星-箭-包帶連線結構解鎖分離動力學仿真模組，得到了關鍵參數對星箭分離動態包絡的影響。數值模擬了包帶連線結構典型故障的動力學特性，給出了故障的危害形式和危害程度。提出了適用於工程初始設計的星箭包帶連線結構的簡化分離動力學模型，建立了含柔性對接框的星箭解鎖分離動力學模型，數值分析了星箭分離衝擊的影響，獲得了衝擊源近場區域徑向、縱向和切向的衝擊回響譜。採用等效液體擺模型作為表征衛星推進劑貯箱內液體晃動的線性振子，建立了火箭主動段飛行過程中星-箭-液體推進劑等效系統動力學方程，並將其表達為含有立方非線性項和強迫激勵項的Mathieu方程的形式。採用Floquet理論繪製了液體小幅晃動等效擺運動的穩定域圖，考察了晃動阻尼對等效系統穩定性和穩定域圖的影響。採用多尺度方法對貯箱內液體相對大幅晃動的運動方程進行近似求解，根據激勵頻率所屬區間的不同，研究了非共振、主參激共振和次參激共振三種情況下貯箱內液體晃動的力學特性。編制了考慮液體推進劑晃動的星箭解鎖分離仿真模組，數值模擬結果揭示了在不同的充液率、晃動阻尼、晃動速度和等效擺振子數量等條件下星箭分離前後衛星姿態的液體晃動的影響規律。對星箭連線結構進行了失效模式及嚴重度和故障樹分析，揭示了系統的失效機理，提出了星箭包帶連線結構可靠性設計策略。建立了考慮失效相關性及退化機理的包帶連線模糊動態可靠度模型，總結了不同模糊載荷對於系統可靠度及故障獨立性的影響。這項研究將豐富和完善包帶連線結構動力學理論和設計方法，提高未來高精度衛星在星箭分離時運行的可靠性和穩定性。星箭包帶連線結構動力學研究成果已用於航天科技集團星箭連線地面試驗測試系統的評估，以及星箭解鎖動力學成果已套用於新型預研飛行器的變結構設計以及動力學仿真，為解決某飛行器的預先研究中的設計和動力學問題提供了有力支撐。
