《過載環境下火箭時變結構動力學系統理論研究》是依託北京航空航天大學，由邢譽峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：過載環境下火箭時變結構動力學系統理論研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：邢譽峰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
火箭結構系統是複雜時變非線性動力學系統，其質量和剛度都隨著時間變化，過載環境更使火箭動力學系統具有與時變性質截然不同的結構剛度隨著空間坐標而變化的特徵。本項目將以液體串聯火箭時變結構動力學系統為對象，考慮時變過載環境，研究如下理論問題：考慮液體推進劑對火箭各個方向振動具有不同的時變作用，建立火箭時變結構系統的變係數非線性數學模型；火箭時變結構系統滿足剛度和質量正交關係的時變模態的求解方法及其驗證；時變結構動力學系統控制微分方程的具有變Jacobi矩陣和變算法參數的直接積分方法研究及其驗證；過載環境引起火箭結構剛度不對稱的物理機理及其影響程度的研究；縱橫振動弱耦合情況下時變系統的時變模態疊加方法研究及其驗證；與飛行數據和已有試驗結果進行比較以驗證模型和分析方法的正確性。本項目研究內容屬於火箭結構動力學的理論問題，並且鮮見直接可供參考的公開發表資料，本項目成果將為火箭結構分析和設計提供基礎。
結題摘要
運載火箭等運載工具都是時變動力學系統，以往研究其動力學特性的方法主要是關注關鍵秒狀態的動力學特性參數，鮮有研究時變系統隨著實驗演化特性的基本理論和求解方法的工作。 在這種背景下，本項目以液體串聯火箭為研究背景，考慮過載環境，以變截面梁為研究對象，主要研究容包括：1、考慮液體推進劑對火箭各個振動方向具有不同的時變作用，建立火箭時變動力學系統縱橫耦合數學模型，2、滿足剛度和質量正交關係的時變模態的求解方法及其驗證，3、時變結構動力學控制方程的時間積分方法其驗證，4、過載環境引起火箭結構剛度不對稱的物理機理及其影響程度，5、根據火箭飛行數據，驗證上述理論的正確性。 本項目主要成果包括：1、清楚闡明了在過載環境下，液體推進劑對火箭縱、橫和扭轉振動的不同作用，在此基礎上建立了火箭時變結構系統的變係數數學模型，2、針對時變梁和桿結構，建立了滿足時變質量和剛度正交關係的時變模態疊加方法，並進行了驗證，3、建立了時變結構動力學控制方程的李級數直接積分方法，4、建立了時變結構動力學控制方程的具有時變傳遞矩陣的時間積分方法，5、建立了一般形式的三參數時間積分方法，6、建立了高階微分求積時間單元方法，7、建立了火箭縱橫耦合時變模型，詳細分析了耦合頻率特性和非線性回響特徵，8、詳細闡明了過載引起火箭剛度的不對稱性和時變特徵，9、建立的高精度火箭動力學特性模型通過了實驗驗證。本項目建立了液體火箭時變組合結構動力學理論，給出了時變固有振動特性分析方法和時變系統動態回響分析方法，為火箭動力學問題分析、星箭力學環境預示與載荷條件的制定提供了更為科學準確的理論基礎。
