航天器交会对接中液体燃料晃动等效模型研究：.pdf

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1、第4l卷第3期空间控制技术与应用Vo1．41NO．32015年6月AerospaceControlandApplicationJun．2O15航天器交会对接中液体燃料晃动等效模型研究：l=王天舒，苗楠，李俊峰(清华大学航天航空学院，北京100084)摘要：以航天器交会对接过程中的平移靠拢段作为背景，研究适用于零重力和微重力环境下液体运动的等效力学模型．以欧空局无人货运飞船(ATV，automatictransfervehicle)中建立的等效模型为参考，提出一种适用于零／微重力球形贮箱中液体晃动的弹簧一质量等效力学模型．该模型的各个参数

2、通过将基于CFD计算的参数辨识方法和用于常重力液体晃动的传统建模方法结合运用来获取．对该模型进行介绍，然后描述等效模型参数的获取方法，并利用虚功率原理推导了晃动力和力矩的求解方程．通过与CFD软件Flow．3d的结果进行对比，对这种建模方法的可行性和准确性进行1分析．关键词：液体晃动；等效力学模型；微重力；零重力；交会对接中图分类号：0353．1文献标志码：A文章编号：1674—1579(2015)03-0001-07DOI：10．3969／i．issn．1674—1579．2015．03．001LiquidSloshingEquiva

3、lentMechanicalModelduringRendezvousandDockingWANGTianshu，MIAONan，LIJunfeng(SchoolofAerospaceEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Underthebackgroundofrendezvousanddockingofvehiclesintheapproachphaseinspace，anequivalentmechanicalmodelforliquidsloshin

4、gunderzero—gravityandmicro—gravityisinvestigated．Basedonthemodelbuiltinautomatictransfervehicle(ATV)，aspring—massequivalentmechanicalmodelapplicabletoliquidinsphericaltanksunderzero／micro—gravityisproposed．Parametersofthismodelareobtainedbycombiningthemethodofparameterid

5、entificationthroughCFDcomputationwithtraditionalmodelingmethodusedforliquidsloshinginnormalgravity．Inthispaper，introductiontothismodelisgivenfirst，thentheapproachtoparametersofthismodelisdescribed．andsolutionequationsforsloshforcesandmomentsarederivedbasedontheprincipleo

6、fvirtuepower．FeasibilityandaccuracyofthismodelingmethodareanalyzedbycomparingthesloshforcesandmomentstoresultsoftheconDu．tationalfluiddynamics(CFD)softwareFlow．3d．Keywords：liquidsloshing；equivalentmechanicalmodel；micro—gravity；zero．gravity：rendezvousanddocking和复杂化，其所携带的液

7、体燃料也日益增多，因此必0引言须考虑液体晃动的影响．航天器贮箱内液体的晃动对航天器姿态控制和运动稳定性都有很大影响，尤随着航天技术的不断发展，航天器趋于大型化其是对于机动变轨和空间交会对接等情况，液体可国家自然科学基金资助项目(11172145)收稿日期：2015-04—13·2·空间控制技术与应用第41卷能出现剧烈晃动⋯．置没有要求，且对于含气泡等特殊的液体状态适用对于环绕地球飞行的航天器，若在轨飞行的向性良好．文中首先介绍了新模型与ATV模型的区心力恰好等于它与地球之间的引力，那么航天器将别，然后详细描述了新模型的参数获取方法，并推

8、导处于完全失重即零重力的状态．然而，该条件只有在了利用该等效模型计算液体对贮箱作用力和作用力航天器的质心处才能精确满足，且航天器往往受到矩的动力学方程，最后通过数值算例验证了该模型一些外部干扰力的影响，导致