结构动力学的应用.ppt

三、 举例说明： 8HZ振动现象 ?从杨利伟的不适改起 　　2003年10月，航天员杨利伟搭乘“神舟五号”升空时，曾在一个短暂的时间内感到非常不适。长二F火箭研制人员在了解到这一情况后，立即分析数据查找原因。数据分析显示，火箭在上升期间曾出现过短暂的共振现象。为此研制人员对发射“神舟六号”飞船的长二F火箭进行了改进。“神六”上的航天员没有产生特别的不适感，但技术人员通过对遥测数据的分析，发现火箭从起飞126秒开始还是出现了逐渐增大的纵向单频振动，频率约为8Hz (以下称为“8Hz”振动)。如果这一问题不解决，“神七”上的航天员还有可能产生像杨利伟那样的感觉。因此，火箭系统“两总”系统决心在发射“神七”的火箭上解决这一问题。 　 　经过进一步分析，研制人员发现“8Hz振动”现象是助推器动力输送系统导致的比较典型的纵向耦合振动。火箭“两总”组织研制人员对“8Hz”问题进行了深入的理论研究。为抑制这一现象，开展了稳定性分析方法研究和振动抑制设计工作，确定了使用变能量蓄压器来抑制振动的方案。为验证分析结论和所采取措施的有效性，型号队伍分别进行了变能量蓄压器研制试验、管路试验以及点火控制线路验证试验；根据确定的改进方案，完成了新蓄压器以及点火控制线路的设计、生产和总装测试。 　　 当地时间10月28日美国轨道科学公司向国际空间站 发射“天鹅座”无人货运飞船,运载火箭起飞6秒后爆炸。 结构动力学分析工程应用简单介绍 随着形形色色飞行器的出现，动力固有特性分析也出现许多特殊的问题。例如，火箭、导弹虽然基本上近似一个一维梁系统，但它们往往存在着级间连接与数目较多的分离面(接头),这使得结构的刚度分布、阻尼分布发生变化，给固有特性的精确分析带来困难；大型液体燃料火箭广泛存在着液体晃动问题，它对固有特性有不可忽视的影响；人造卫星经常采用自旋稳定方案，并安装有柔度很大的附件，如太阳能帆板、天线等，构成具有转动的刚体及柔性体的复合结构，使它的固有特性分析更加复杂化。 一、 飞行器分离面（接头）对固有特性的影响 大部分火箭、导弹类型的飞行器都具有较多的接头，它们使全弹的刚度分布发生局部扰动，如图所示。 一、 飞行器分离面（接头）对固有特性的影响 49％ 10 “不死鸟” 33％ 7 远程标准导弹ER 31％ 7 中程攻击导弹MR 31％ 6 近程攻击导弹SRAM 13％ 4 “响尾蛇” 注 刚 度 损 失 K 接 头 数 导 弹 名 称 接头使刚度损失可达 (30~40)%,如表 一、 飞行器分离面（接头）对固有特性的影响 ? 对弹体固有特性的影响 1.使全弹的固有频率下降 由于接头削弱了附近弹体的刚度，同时接头处往往存在空隙，因而它们都使全弹的固有频率降低。影响程度与接头的数量、类型、位置相关。下表中列举了一些导弹的一阶频率由于接头而引起的下降情况。 33％ 10 “不死鸟” 18％ 7 远程标准导弹ER 17％ 7 中程攻击导弹MR 17％ 6 近程攻击导弹SRAM 7％ 4 “响尾蛇” 一阶固有频率下降 接 头 数 导 弹 名 称 一、 飞行器分离面（接头）对固有特性的影响 ? 对弹体固有特性的影响 2.使全弹的振动发生畸形 接头的存在，改变了刚度分布，必然使振型形状、节点位置发生变化。在控制系统的设计中节点位置是个重要参数，所以，为了精确确定振型，必须考虑接头的响应。图8-2所示为某弹前三阶振型受接头影响的变换情况。 图中x为弹体轴向坐标，坐标原点设在弹体头部理论顶点， 为振型幅值。应当注意，同样的接头，所处的位置不同影响也不同。一般来讲，在导弹弹体中部的接头影响更加突出。 ? 问题的特点 二、 贮箱内液体晃动对固有特性的影响 晃动频率及晃动激烈程度均与下列因素有关： 容器形状； 推进器性质； 阻尼隔板设置情况； 推进剂液面高度； 加速度场的情况。 在飞行过程中，随着燃料不断燃烧，推进剂液面情况不断发生变化，从而对系统固有特性的影响也随之变化。这是本问题的主要特点。一般说来，为了掌握整个飞行过程的固有特性情况，就要分析各个不同的推进剂燃烧阶段的频率与振型。 另外一个特点是，一般只需考虑低阶情况，特别是一阶情况。因为经研究指出，对于圆柱壳体，二阶晃动质量仅为一阶晃动质量的3％，而且在高阶情况下液体内部将产生紊乱的扰动，使阻尼激增，故二阶以上可不予考虑。 ? 推进剂晃动频率的确定 二、 贮箱内液体晃动对固有特性的影响 工程上常采用当量变换的方法，在对壳体壁作用的力与力矩相等、频率相当的条件下，将液体晃动模型等价代换为机械力学模型。一旦建立了当量机械模型，对于各种飞行器的液体晃动问题