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充液航天器变质量液体大幅晃动的SPH分析方法

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宇航学报 2021年第1期42卷 22-30页

作者：于强王天舒清华大学航天航空学院北京100084

本文基于非惯性系下的光滑粒子流体动力学(SPH)方法,在以虚粒子设置缓冲层的开口边界处理方法基础上,提出一种流出流量可控的出口边界处理方法,能够根据当前时刻航天器的姿态信息和充液比,计算该动力学时间步下变质量液体晃动对航天器... 详细信息

本文基于非惯性系下的光滑粒子流体动力学(SPH)方法,在以虚粒子设置缓冲层的开口边界处理方法基础上,提出一种流出流量可控的出口边界处理方法,能够根据当前时刻航天器的姿态信息和充液比,计算该动力学时间步下变质量液体晃动对航天器产生的作用力和作用力矩,使得航天器系统动力学的闭环仿真成为可能。最后,通过与计算流体动力学(CFD)商业软件Flow-3d的计算结果进行对比,用不同工况下的算例验证了该变质量液体晃动动力学分析方法的有效性。

关键词：光滑粒子流体动力学(SPH) 变质量液体大幅晃动出口边界晃动作用力及力矩

考虑刚-液耦合的大幅晃动多体系统动力学建模与分析

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振动与冲击 2020年第18期39卷 109-117页

作者：张诗琪刘锦阳上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

该研究考虑刚-液耦合,建立大幅晃动多体系统的动力学模型。基于光滑粒子群方法(SPH方法)建立了非惯性系下大幅晃动液体的运动方程,液体边界条件采用虚粒子法,保证边界处不可穿透,从而改进了液体自由表面的计算精度。为了解决传统的排斥... 详细信息

该研究考虑刚-液耦合,建立大幅晃动多体系统的动力学模型。基于光滑粒子群方法(SPH方法)建立了非惯性系下大幅晃动液体的运动方程,液体边界条件采用虚粒子法,保证边界处不可穿透,从而改进了液体自由表面的计算精度。为了解决传统的排斥力法计算液体作用于刚体边界的晃动力和晃动力偶矩存在的精度不足问题,提出了一种新的计算晃动力和晃动力偶矩的方法,通过计算各粒子绝对加速度,得到粒子的达朗贝尔惯性力的主矢和对刚体质心的主矩,利用达朗贝尔原理计算得到向质心简化的晃动力和晃动力偶矩,建立了考虑刚-液耦合的充液刚体的动力学方程。在此基础上引入刚体之间的运动学约束关系,建立多体系统的动力学方程。通过液体晃动与制动液罐车两个算例,验证了建模方法的有效性。

关键词：充液多体系统大幅晃动刚-液耦合

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横向激励下液体大幅晃动建模分析

宇航学报 2016年第3期37卷 268-274页

作者：苗楠李俊峰王天舒清华大学航天航空学院北京100084

研究部分充液球形贮箱内的液体在横向推力作用下发生大幅晃动的等效力学模型,建模过程同时考虑平动和转动激励。建立一种新的等效模型,首次提出液体的静平衡表面垂直于等效重力方向的假设,将液体的大幅运动分解为跟随等效重力的整体运... 详细信息

研究部分充液球形贮箱内的液体在横向推力作用下发生大幅晃动的等效力学模型,建模过程同时考虑平动和转动激励。建立一种新的等效模型,首次提出液体的静平衡表面垂直于等效重力方向的假设,将液体的大幅运动分解为跟随等效重力的整体运动和在此基础上的小幅晃动,该等效模型能够更好地模拟液体大幅晃动情形。将仿真得到的晃动力和力矩与传统等效模型及Flow-3d的结果进行对比,验证了新模型的有效性和准确性。该模型可应用于探月软着陆悬停避障过程等实际工程问题中。

关键词：液体晃动等效力学模型静平衡大幅晃动球形贮箱

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粘性流体大幅晃动的ALE迎风有限元方法

北京理工大学学报 2005年第3期25卷 279-282页

作者：岳宝增彭武北京理工大学理学院北京100081

将任意的拉格朗日-欧拉(arbitraryLagrange-Euler,ALE)描述引入到速度修正格式中,利用迎风有限元法推导了数值离散方程,给出了ALE描述下的分步有限元计算格式,通过对不可压粘性流体大幅晃动问题进行数值模拟,证实了本文方法的有效性和... 详细信息

将任意的拉格朗日-欧拉(arbitraryLagrange-Euler,ALE)描述引入到速度修正格式中,利用迎风有限元法推导了数值离散方程,给出了ALE描述下的分步有限元计算格式,通过对不可压粘性流体大幅晃动问题进行数值模拟,证实了本文方法的有效性和可靠性.

关键词：自由液面迎风格式 ALE分步有限元方法大幅晃动

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三维液体大幅晃动及其抑制的数值模拟

上海交通大学学报 2000年第8期34卷 1036-1039页

作者：岳宝增刘延柱王照林上海交通大学建筑工程与力学学院上海200030 清华大学工程力学系北京100084

利用 AL E( Arbitrary L agrange- Euler)有限元方法 ,以速度和压力为基本变量 ,数值模拟了圆筒形贮腔中不可压粘性三维液体的大幅晃动问题 .为了避免混合插值在求解三维问题中的数值计算麻烦 ,推导了分步插值的有限元计算格式 ,得到了... 详细信息

利用 AL E( Arbitrary L agrange- Euler)有限元方法 ,以速度和压力为基本变量 ,数值模拟了圆筒形贮腔中不可压粘性三维液体的大幅晃动问题 .为了避免混合插值在求解三维问题中的数值计算麻烦 ,推导了分步插值的有限元计算格式 ,得到了横向强迫晃动下的速度及压力响应 .根据工程需要 ,对带有圆环形肋板的圆筒形贮腔中的非线性晃动进行了数值模拟计算 ,得到了强迫激励下的速度及压力响应 ,并将得出的一些重要结论与有关实验结果进行了对比分析 .

关键词：大幅晃动液体晃动有限元法数值模拟

微重力充液系统大幅晃动动力学及其在航天高技术中的应用

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宇航学报 1993年第4期14卷 35-40页

作者：王照林张乃恭清华大学中国科学院

本文首先论述了在微重力环境下充液系统大幅晃动动力学的理论基础,其次阐明了它在充液航天器动力学与控制中的应用,最后分析了液体大幅晃动自由边界的确定以及数值稳定性等问题。

关键词：大幅晃动微重力航天飞机

LevelSet方法求解三维大幅晃动问题的分步有限元法

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水动力学研究与进展（A辑） 2006年第4期21卷 433-438页

作者：赵兰浩李同春牛志伟 M.Pastor 河海大学水利水电工程学院江苏南京210098 CEDEX and E.T.S.de Caminos MadridSpain

取与容器固结的坐标系,将外激励视为质量力,针对刚性容器内流体三维非线性大幅晃动问题,提出了在时间和空间上均具有二阶精度的两步Taylor-Galerk in分步有限元方法。该法首先显式地求解忽略压力梯度项的中间速度场,然后由压力泊松方程... 详细信息

取与容器固结的坐标系,将外激励视为质量力,针对刚性容器内流体三维非线性大幅晃动问题,提出了在时间和空间上均具有二阶精度的两步Taylor-Galerk in分步有限元方法。该法首先显式地求解忽略压力梯度项的中间速度场,然后由压力泊松方程求得压力场,再根据求得的压力对速度场进行修正。求解中利用Level-Set方法隐式地追踪自由面,即在每个时间步求解Level-Set函数随水流的输运方程,并通过迭代的方法对其进行重新初始化,以保持为距离的函数,从而达到捕捉自由面的目的。控制方程统一采用简单方便且具有较高精度的两步Taylor-Galerk in格式进行离散,并通过两个算例验证了本文数值方法的正确性和有效性。

关键词：大幅晃动 Level Set 两步Taylor—Galerkin 分步有限元

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求解液体大幅晃动问题的数值方法评述

上海交通大学学报 1999年第6期33卷 760-763页

作者：岳宝增刘延柱王照林上海交通大学工程力学系清华大学工程力学系

对在推进剂贮箱中带有自由液面液体大幅晃动问题的研究是一个在充液航天器动力学与控制分析中十分重要的问题．介绍和评述了求解带有自由液面液体大幅晃动问题的数值模拟方法。

关键词：充液航天器大幅晃动数值模拟液体晃动

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刚性容器内流体非线性大幅晃动的数值模拟

河海大学学报（自然科学版） 2006年第4期34卷 401-405页

作者：赵兰浩李同春牛志伟 M.PASTOR 河海大学水利水电工程学院江苏南京210098 西班牙国家公共实验研究中心

取与容器固结的坐标系,将外激励视为质量力,针对刚性容器内流体非线性大幅晃动问题,提出了在时间和空间上均具有二阶精度的两步Taylor-Galerkin分步有限元方法.该方法首先显式地求解忽略压力梯度项的中间速度场,然后通过压力泊松方程求... 详细信息

取与容器固结的坐标系,将外激励视为质量力,针对刚性容器内流体非线性大幅晃动问题,提出了在时间和空间上均具有二阶精度的两步Taylor-Galerkin分步有限元方法.该方法首先显式地求解忽略压力梯度项的中间速度场,然后通过压力泊松方程求得压力场,最后根据求得的压力对速度场进行修正.求解中利用Level Set方法隐式地追踪自由面,即在每个时间步求解Level-Set函数随水流的输运方程,并通过迭代方法对其重新进行初始化处理,使其保持为距离的函数,从而达到捕捉自由面的目的.控制方程统一采用简便且具有较高精度的两步Taylor-Galerkin格式进行离散.算例验证结果表明,该数值方法是正确和有效的.

关键词：刚性容器大幅晃动 Level Set 两步Taylor-Galerkin 分步有限元法