[發(fā)明專利]一種基于運動脈動球的火箭液體大幅晃動模型建立方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810768560.X
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108549787A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韋常柱;崔乃剛;關(guān)英姿;浦甲倫;鄭威
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 安琪

1.一種基于運動脈動球的火箭液體大幅晃動模型建立方法，其特征在于，所述模型建立方法包括：

步驟一、確定火箭本體坐標(biāo)系；

步驟二、將所述火箭中第i個貯箱等效為球形貯腔，將所述貯箱液體等效為一個質(zhì)量不變而半徑可變的均勻的脈動球，其中，i＝1,2,…,n，對于垂直起降運載器n＝2，n為火箭中貯箱的個數(shù)；第i個脈動球可在第i個球形貯腔內(nèi)自由運動，但始終與球腔壁保持一個瞬時接觸點；

步驟三、根據(jù)步驟一確定的各物理量，在不考慮RCS控制的情況下，獲取不含所述脈動球的火箭的Newton-Euler方程；

步驟四、根據(jù)相對加速度、牽連加速度以及科氏加速度獲得第i個脈動球平動的加速度；

步驟五、利用所述第i個脈動球平動的加速度和第i個脈動球相對于接觸點P_ai的轉(zhuǎn)動的角速度獲得第i個脈動球的Newton-Euler方程；

步驟六、根據(jù)接觸點P_ai處第i個球形貯腔和第i個脈動球相互作用的法向力的幅值對第i個脈動球的能量的改變的三個表現(xiàn)因素確定第i個脈動球的能量變化量等于所述幅值沿著半徑方向所做的功；并根據(jù)所述第i個脈動球的能量變化量等于所述幅值沿著半徑方向所做的功獲得所述幅值的模型；所述三個因素分別為毛細(xì)勢能P_C，變形動能T_d和角動能T_H；

步驟七、將步驟六所述幅值的模型代入到步驟五所述第i個脈動球的Newton-Euler方程中，最終獲得完整的運動脈動球的動力學(xué)方程；所述完整的運動脈動球的動力學(xué)方程即為所述火箭液體大幅晃動模型；

其中，步驟二所述球形貯腔的等效原則為：

等效后的球形腔的質(zhì)心與火箭燃料貯箱的質(zhì)心重合；

等效后，液體的質(zhì)心能夠在正確的物理空間運動；對處于調(diào)姿段的垂直起降運載器一子級，等效后的球形腔的直徑與火箭燃料貯箱的長度相等；

步驟七所述火箭液體大幅晃動模型為：

其中，向量的右上標(biāo)“×”表示向量的反對稱矩陣；V_c為原點O₁在慣性系下的平動速度；Ω為所述本體坐標(biāo)系O₁x₁y₁z₁在慣性坐標(biāo)系下的角速度；R_i為第i個球形貯腔的半徑且所述球形貯腔的幾何中心為C_ti；e_i為C_ti至第i個脈動球的質(zhì)心S_i的矢徑r_i的單位向量；r_ti為C_ti在本體坐標(biāo)系中的矢徑；m_si為第i個脈動球的質(zhì)量；V_si為第i個脈動球在本體坐標(biāo)系中的速度；ω_si為第i個脈動球在本體坐標(biāo)系中的角速度；w_i為第i個脈動球質(zhì)心相對于第i個球形腔的角速度；c_f為液體與儲箱的滑動摩擦系數(shù)，ν為液體運動粘度，σ_i為第i個儲箱中的液體的表面張力；ω₀表示與第i個脈動球初始時刻角速度相關(guān)的量，ω₀＝1.08ω_i。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，步驟一所述火箭本體坐標(biāo)系的確定過程為：將火箭的本體坐標(biāo)系O₁x₁y₁z₁原點O₁定義在不包含貯箱液體的火箭質(zhì)心處。