留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

航天器与运载火箭耦合分析相关技术研究进展

邱吉宝 张正平 李海波

邱吉宝, 张正平, 李海波. 航天器与运载火箭耦合分析相关技术研究进展[J]. 力学进展, 2012, 42(4): 416-436. doi: 10.6052/1000-0992-11-203
引用本文: 邱吉宝, 张正平, 李海波. 航天器与运载火箭耦合分析相关技术研究进展[J]. 力学进展, 2012, 42(4): 416-436. doi: 10.6052/1000-0992-11-203
QIU Jibao, ZHANG Zhengping, LI Haibo. PROGRESSES IN RESEARCH ON COUPLED ANALYSIS TECHNOLOGY FOR SPACE VEHICLE AND LAUNCH VEHICLES[J]. Advances in Mechanics, 2012, 42(4): 416-436. doi: 10.6052/1000-0992-11-203
Citation: QIU Jibao, ZHANG Zhengping, LI Haibo. PROGRESSES IN RESEARCH ON COUPLED ANALYSIS TECHNOLOGY FOR SPACE VEHICLE AND LAUNCH VEHICLES[J]. Advances in Mechanics, 2012, 42(4): 416-436. doi: 10.6052/1000-0992-11-203

航天器与运载火箭耦合分析相关技术研究进展

doi: 10.6052/1000-0992-11-203
基金项目: 国家重大基础研究项目和国家自然科学基金项目(11172046) 资助
详细信息
    通讯作者:

    邱吉宝

PROGRESSES IN RESEARCH ON COUPLED ANALYSIS TECHNOLOGY FOR SPACE VEHICLE AND LAUNCH VEHICLES

Funds: The project was supported by the Major Project of Chinese National Programs for Fundamental Research and the National Natural Science Foundation of China (11172046).
More Information
    Corresponding author: QIU Jibao
  • 摘要: 本文以载荷分析为主要内容, 概述航天飞行器结构动力学研究的一些进展. 首先介绍航箭(航天器/运载火箭简称为航箭) 耦合系统载荷分析基本思想. 然后介绍以下3 个方面的载荷分析方法: (1) 采用基础激励理论初始载荷分析的近似方法; (2) 考虑航箭耦合影响的航天器/运载耦合系统分支模态综合法. 导出采用约束模态质量界面加速度的航天器载荷计算方法; 当仅考虑静定约束特殊情况时, 退化的方程与Chen 采用有限元法导出的方程相同. 给出新航天器载荷瞬态分析技术, 即一个以前的航天器/运载耦合系统载荷结果可以用来获得相同运载火箭发射一个新航天器结构的必要的载荷信息. (3) 考虑航箭耦合影响的航天器/运载耦合系统模态综合法. 包括: 固定界面模态综合法, 以及航天器/运载耦合的界面综合动态响应计算新方法. 最后, 介绍验证载荷分析技术. 简要讨论验证技术的重要性, 提出了采用试验与理论相结合的结构动态试验仿真技术,该方法包括了一套修正数学模型的新技术, 称之为子结构试验建模综合技术. 该方法已应用于复杂的结构建模. 在进行CZ-2E 运载火箭实尺模态试验之前, 用建议的模态试验仿真技术给出CZ-2E 模态参数的预示结果, 并与随后获得的实际模态试验结果相比, 两个结果彼此之间高度一致. 这个结果证明了模态试验仿真技术已成功地预示了CZ-2E 运载火箭的模态参数, 验证了建议的模态试验仿真技术的可靠性. 讨论了振动台振动试验仿真技术. 介绍了振动台振动试验仿真的几个关键技术. 包括: 有限元模型修正技术, 40 t 振动台系统台面控制仿真方法和D 卫星振动台振动试验仿真.

     

  • 1 胡海昌. 加快从静态设计到动态设计的过渡. 宇航学报,1980, 1(2): 103-106
    2 马兴瑞, 于登云, 韩增尧, 等. 星箭力学环境分析与试验技术 研究进展. 宇航学报, 2006, 27(3): 323-331
    3 马兴瑞, 韩增尧, 邹元杰, 等, 航天器力学环境分析与条件设 计研究进展, 宇航学报, 2012, 33(1): 1-12
    4 Thomas P S, Poti G D. Simplifying the structural verification process to accommodate responsive Launch. AIAARS52007-5003. In: 5th Responsive Space Conference, Los Angeles, CA, 2007. 23-26
    5 Kabe M, Kim M C, Spiekermann C E. Loads analysis for national security space missions. Rocket Science, 2004,5(1):
    6 Clough R W, Penzien J. Dynamics of Structures. New York: McGraw -Hill Inc, 1975
    7 Craig R R, Bampton M C. Coupling of substructures for dynamic analysis. AIAA Journal, 1968, 6: 1313-1319
    8 Kammer D C, Triller M J. Ranking the dynamic importance of fixed interface modes using a generalization of effective mass. International Journal of Analytical and Experimental Modal Analysis, 1994, 9(2): 77-98
    9 Kammer D C, Triller M J. Selection of component modes for Craig-Bampton substructure representations. Journal of Vibration and Acoustics, 1996, 118: 264-270
    10 Jaap Wijker. Mechanical vibrations in spacecraft design. New York: Springer, 2003. 110-119
    11 邱吉宝, 张正平, 黄波, 等. 基础激励结构动力学问题求解新 方法. 结构动力学专业委员会2007 年研讨会, 2007. 46-60
    12 Qiu J B, Ying Z G, Williams F W. Exact modal synthesis techniques using residual constraint modes. Int. J. Num. Met. Eng., 1997, 40: 2475-2492
    13 Qiu J B, Williams F W, Qiu R X. An exact substructure method using mixed modes. Journal of Sound and Vibration, 2003, 266: 737-757
    14 邱吉宝, 向树红, 张正平. 计算结构动力学. 合肥: 中国科学 技术大学出版社, 2009
    15 Chen J C, Garba J A, Wadat B K. Estimation of payload loads using rigid-body interface accelerations. J. Spacecr,1979, 16(2): 76-80
    16 Gladwell M L. Branch mode analysis of vibrating systems. J. Sound Vibration, 1960, 1: 41-59
    17 邱吉宝, 张正平, 李海波, 等. 运载火箭/航天器耦合分支模 态综合法(上). 强度与环境, 2011, 38(6): 24-33
    18 邱吉宝, 张正平, 李海波, 等. 运载火箭/航天器耦合分支模 态综合法(下). 强度与环境, 2012, 39(1): 1-11
    19 邱吉宝, 张正平, 李海波, 等. 星箭耦合动态响应分析新方法 研究. 强度与环境, 2011, 38(3):1-9
    20 Chen J C, Zagzebski K P, Garbat J A. Recovered transient load analysis for payload structural systems. J. Space- craft, 1980, 18(4):374-379
    21 胡海昌. 多自由度结构固有振动理论. 北京: 科学出版社,1987
    22 Hurty W C. Vibration of structure systems by component mode synthesis. Jour. Engr. Div., ASCE, 1960, 86: 51-59
    23 Leung A T. An accurate method of dynamic condensation in structural analysis. Int. J. Numer. Methods Eng.,1978, 12: 1705-1715
    24 Leung A T. An accurate method of dynamic substructuring with simplified computation. Int. J. Numer. Methods Eng., 1979, 14: 1241-1256
    25 胡海昌. 很多自由度体系的固有振动问题(约束模态法). 航 空学报, 1980, 2: 28-36.
    26 Qiu J B, Tan Z Y. Residual modes substructure synthesis techniques. In: Proceedings of the International Conference on Vibration Engineering, Beijing, 1994, 51-56
    27 应祖光, 邱吉宝, 谭志勇. 确精剩余模态及其综合技术. 振动 工程学报, 1996, 9(1): 38-46
    28 Hou S N. Review of modal synthesis techniques and a new approach. Shock and Vibration Bulletin, 1969, 40(4): 25-39
    29 MacNeal R H. A hybrid method of component mode synthesis. Computers & Structures, 1971, 1: 581-601
    30 Rubin S. Improved component-mode representation for structural dynamic analysis. AIAA Journal, 1975, 13:995-1006
    31 Craig R R, Chang C J. Free-interface methods of substructure coupling for dynamic analysis. AIAA Journal, 1976,14: 1633-1635
    32 王文亮, 杜作润, 陈康元. 模态综合技术短评和一种新的改 进. 航空学报, 1979, 3: 32-51
    33 Hurty W C, Du Z R, Chen K Y. Dynamic analysis of structural systems using component modes. AIAA Jour- nal, 1965, 3: 678-685
    34 Suarez L E, Suarez M P. Improved fixed interface method for modal synthesis. AIAA Journal, 1992, 30: 2952-2958
    35 Kubomura. A theory of substructure modal synthesis. Journal of Applied Mechanics, 1982, 49: 903-909
    36 Qiu J B, Ying Z G, Yam L H. New modal synthesis technique using mixed modes. AIAA Journal, 1997, 35: 1869-1875
    37 向树红, 邱吉宝, 王大钧. 模态分析与动态子结构方法新进 展. 力学进展, 2004, 34(3): 289-303
    38 Craig R R, Ni Z H. Component mode synthesis for model order reduction of non-classically damped systems. Jour- nal of Guidance Control and Dynamics, 1989, 12(4): 577-584
    39 Wang W, Kirkhope J. Complex component mode synthesis for damped systems. Journal of Sound and Vibration,1995, 181(5): 781-800
    40 Muravyov A, Hutton S G. Component mode synthesis for non-classically damped systems. AIAA Journal, 1996,34(8): 1664-1699
    41 Morgan J A, Pierre C, Hulbert G M. Baseband method of component mode synthesis for non-classically damped systems. Mechanical Systems and Signal Processing, 2003,17(3): 589-598
    42 Fransen S A. Methodologies for launcher-payload coupled dynamic analysis. European Conference on Space- craft Structures, Materials and Mechanical Testing (2005ESASP), 2005. 46F: 1-13
    43 Manuel F P, Sebastiaan H F, et al, Stochastic launchersatellite coupled dynamic analysis. Journal of Spacecraft and Rockets, 2006, 43(6): 1308-1318
    44 Fransen S A. Data recovery methodologies for reduced dynamic substructure models with internal loads. AIAA Journal, 2004, 42(10): 2130-2142
    45 Fransen S A. An overview and comparison of OTM formulations on the basis of the mode displacement method and the mode acceleration method. Worldwide Aerospace Conf. & Technology Showcase, MSC. Software Corp.,2002, 17
    46 Dickens J M, Stroeve A. Modal truncation vectors for reduced dynamic substructure models, AIAA 2000-1578,2000. 1-9
    47 Rixen D J. Generalized mode acceleration methods and modal truncation augmentation. In Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, 42nd IAA/ASMBASCE/AHS/ASC, AIAA 2001-1300, 2001
    48 朱礼文, 朱斯岩, 与卫星升空状态一致的多自由度振动试验 条件, 中国宇航学会2011 年学术年会论文集, 2011
    49 邱吉宝. 航天器计算结构动力学展望. 计算结构力学及其应 用, 1993, 10(2): 219-227
    50 Qiu J B, Wang J M. Dynamic analysis of strap-on launch vehicle. In: Proc. of Asian-Pacific Conference on Aerospace Technology and Science, Hangzhou, 1994. 387-391
    51 邱吉宝, 谭志勇. 航天器结构动力学分析技术的一些进展. 西 安公路交通大学学报, 1997, 17(SI): 17-28
    52 邱吉宝, 谭志勇, 王建民. 运载火箭结构动力学分析的一些 新技术(第一部分: 模态综合技术). 导弹与航天运载技术,2001, 2: 29-34
    53 邱吉宝, 谭志勇, 王建民. 运载火箭结构动力学分析的一些 新技术(第二部分: 运载火箭结构动力学分析). 导弹与航天 运载技术, 2001, 4: 16-21
    54 Qiu J B, Fu M F, Xiang S H, et al. The research into virtual dynamic test techniques for space vehicles. Proc. CD-ROM of the 6th World Congress on Computational Mechanics, Tsinghua University Press & Springer-Verlag, Beijing, 2004
    55 邱吉宝, 王建民. 航天器虚拟动态试验技术研究及展望. 航 天器环境工程, 2007, 24(1): 1-14
    56 Qiu J B, Wang J M, Zhang Z P. The research into virtual dynamic test techniques for space vehicles. Computational Mechanics ISCM2007, Beijing, China, 2007
    57 邱吉宝, 王建民. 运载火箭模态试验仿真技术研究. 宇航学 报, 2007, 28(3): 515-521
    58 张正平, 邱吉宝, 王建民, 等. 航天器结构虚拟动态试验技术 新进展. 振动工程学报, 2008, 31(3): 209-222
    59 邱吉宝, 王建民. 用测量模态参数修改数学模型和复杂结构 动力学建模技术. 全国模态分析与试验会议论文集, 1991
    60 王建民, 邱吉宝. 用测量模态参数修改数学模型的静力等效 方法. 全国模态分析与试验会议论文集, 1991
    61 邱吉宝, 王建民. 用试验识别模态修改数学模型方法与复杂 结构建模技术. 振动与冲击, 1994, (3): 8-14
    62 Wada B K, Kuo C P, Glaser R L. Multiply boundary condition test (MBCT) approach to update mathematical models of Flexible structures. SAE Aerospace Technology Conference Exposition, Long Beach, CA, Technical paper,1985. 851-933
    63 Wada B K, Kuo C P, Glaser R J. Multiple Boundary Condition Tests(MBCT) for verification of large space structures. AIAA 27th SDM, 1986. 336-341
    64 向树红, 晏廷飞, 邱吉宝. 40 吨振动台虚拟试验仿真技术研 究. 宇航学报, 2004, 25(4): 375-381
    65 Xiang S H, Yan T F, Qiu J B. The research on the virtual vibration test of 40t shaker. In: Proc. CD-ROM of the6th World Congress on Computational Mechanics Press & Springer-Verlag, Beijing, 2004
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  2232
  • HTML全文浏览量:  150
  • PDF下载量:  1133
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-03-02
  • 修回日期:  2011-12-28
  • 刊出日期:  2012-07-25

目录

    /

    返回文章
    返回

    Baidu
    map