空间轨道转移飞行器推进系统静态仿真与质量优化

作     者：陈朝 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄敏超

授予年度：2007年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：空间轨道转移飞行器推进系统 静态仿真 质量评估 贮箱 结构分析 遗传算法 质量优化 

摘      要：本文针对液体推进剂空间轨道转移飞行器推进系统的静态特性、系统质量及质量优化等方面进行了研究。 采用模块化方法建立液体推进剂空间轨道转移推进系统的静态数学模型,用LabVIEW开发出对应模型的仿真计算软件,应用该软件分别对NO/MMH、NO/UDMH、LO/LH、LO/RP-1等推进剂组合的推进系统进行静态仿真计算。再对各推进系统进行干扰因素分析,确定敏感度较大的干扰因素。 应用应力分析法建立推进系统的贮箱、推力室、管路和活门等主要部件的质量数学模型,引入静态仿真结果求解质量模型。在推进剂量一定和工作时间一定两种情况下,估算上述四种推进剂组合推进系统的质量、总冲等特性参数并进行分析比较。 把有限元分析技术应用到贮箱结构分析和优化设计。针对某空间表面张力贮箱,建立其有限元模型,并对该模型进行线性和非线性结构分析。根据分析结果对贮箱的壁厚及法兰进行结构优化设计,得到一个受力较好,质量较轻,同时满足安全余量设计要求的贮箱优化模型。 基于上述静态仿真、质量评估及干扰因素分析结果,考虑多干扰因素的耦合影响,以推力和比冲等性能指标为约束条件,以系统最小干质量为目标函数,建立推进系统质量优化数学模型。采用遗传算法,用LabVIEW编程求解该优化模型,得出推进系统最小干质量及相应的系统设计及性能参数值。