低重环境下圆柱贮箱内液体晃动特性研究的一种解析法.pdf

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1、第35卷第4期宇航学报Vo1．35No．42014年4月JournalofAstronautiesApril2014低重环境下圆柱贮箱内液体晃动特性研究的一种解析法吴文军，岳宝增(1．北京理工大学宇航学院，北京100081；2．广西科技大学汽车与交通学院，柳州545006)摘要：考虑低重环境下圆柱贮箱内由于表面张力影响而呈现弯曲自由液面的情况，利用Fourier—Bessel级数对贮箱受横向激励时的自由液面处的边界条件进行展开，得到液体晃动系统的广义状态方程，给出了固有频率、晃动波高、晃动力和晃动力矩等晃动特性的计算公式。通过数值算例与文献结果对比，在验证文中

2、方法正确性的同时，具体研究了各晃动特性随充液深度、外激励频率和Bond数等参数变化的规律。关键词：低重环境；圆柱贮箱；弯曲自由液面；Fourier—Bessel级数；广义状态方程中图分类号：V219文献标识码：A文章编号：1000—1328(2014)04-0397-07DoI：10．3873／j．issn．1000—1328．2014．04．004AnAnalyticalMethodforStudyingtheSloshingPropertiesofLiquidinCylindricalTankunderLowGravityEnvironmentWUWen-

3、jun，YUEBao．zeng(1．SchoolofAerospaceEngineering，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China；2．SchoolofAutomobileandTrafficEngineering，GuangxiUniversityofScienceandTechnology，Liuzhou545006，China)Abstract：Thecurvedfreesurfaceofliquidincylindricaltankcausedbysurfaceintensionunderlo

4、wgravityenvironmentisconsidered．ThegeneralizedstateequationofliquidsloshingsystemisobtmnedbyusingFourier-Besselseriesforexpandingthelateralsloshingboundaryconditionoffreesurfaceandtheformulasofsloshingcharacteristicsincludingwaveheight，sloshingfrequencies，sloshingforceandsloshingmom

5、entarededuced．Thedetaileffectsofsloshingparametersincludingliquid—fillingdepth，excitingfrequencyandBondnumberonthesloshingcharacteristicsarepresented，andtheavailabilityandreliabilityofthepresentedmethodareconfirmedbynumerousnumericalexperiments．Keywords：Lowgravityenvironment；Cylindr

6、icaltank；Curvedfreesurface；Fourier—Besselseries；Generalizedstateequation喻。由于在低重环境下(10

7、“弯月形”l1J，此外还要恰当描述和处理轨运行的航天器中液体所占的质量比例将越来越接触线及接触角等复杂边界条件；这些困难直接导大，相应的对液体晃动问题研究的重要性也不言而致采用数值方法和现有的常用商业计算流体软件已收稿日期：2013-03-20；修回日期：2013-08-06基金项目：国家自然科学基金(10772030)398宇航学报第35卷无法给出该类问题较为精确的仿真结果。为静液面形状；(r，0，t)为液面总波高函数；叼(r，0，国外早在二十世纪70年代就开始采用解析方t)为液面晃动波高函数，则有77(r，0，t)=(r，0，t)法或数值法对于低重环境下航

8、天器贮箱内液体晃动一r)。为书写方便，