卫星贮箱液体晃动等效力学模型参数辨识

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液体晃动问题广泛存在于运载火箭、卫星、飞船、航天飞机和空间站等飞行器的研制中。随着航天事业的发展,这些飞行器携带的推进剂质量越来越大,液体晃动问题也越来越突出。建立卫星贮箱液体晃动的等效力学模型对卫星姿态运动稳定性和姿态控制系统设计具有重要意义。本文以卫星贮箱液体晃动等效力学模型为研究对象,分别采用频域内改进的多项式拟合法和遗传算法开展了模型参数辨识研究。主要内容如下:(1)给出了基于势函数的液体晃动动力学方程,运用分离变量法求解得到平底圆柱形贮箱液体小幅晃动各参数,并给出了贮箱等效力学模型参数计算公式,基于该公式对某型圆柱形贮箱液体晃动等效力学模型参数进行了计算;(2)基于Fluent软件采用流体体积函数(VOF)法开展了卫星贮箱中常见的圆柱形贮箱和矩形贮箱的液体晃动数值模拟,得到晃动液体作用于贮箱的力和力矩,为等效力学模型参数辨识提供了数据基础;(3)提出了一种时域频域相结合的改进多项式拟合法用于液体晃动等效力学模型参数辨识,以圆柱形贮箱为例,将辨识结果与上述解析解进行了比较以验证方法的可行性,最后将该方法推广到矩形贮箱的液体晃动等效力学模型参数辨识;(4)提出了一种基于遗传算法的频域内液体晃动等效力学模型参数辨识方法并将其用于圆柱形和矩形贮箱的液体晃动等效力学模型参数辨识。本文的研究对卫星贮箱的结构设计,以及对卫星贮箱液体小幅晃动情况下的等效力学模型参数获取方法研究具有一定的参考价值。
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