本發(fā)明涉及液體運(yùn)載火箭，具體涉及一種不規(guī)則貯箱在淺液位時(shí)晃動(dòng)參數(shù)的計(jì)算方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、在大型液體運(yùn)載火箭中，液體推進(jìn)劑占據(jù)了全箭的大部分質(zhì)量，火箭在飛行過程中因箭體振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)推力變化、姿態(tài)調(diào)整等外部激勵(lì)會(huì)引起的貯箱液體發(fā)生晃動(dòng)，尤其是在液體火箭返回時(shí)，貯箱內(nèi)液體質(zhì)量占比大，液體輕微晃動(dòng)會(huì)產(chǎn)生較大的橫向晃動(dòng)力。為了在火箭飛行過程中對(duì)姿態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)控以及在設(shè)計(jì)時(shí)避開液體晃動(dòng)的頻率范圍，避免因液體的晃動(dòng)而產(chǎn)生飛行的事故，需要對(duì)貯箱內(nèi)液體的晃動(dòng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。目前常用的晃動(dòng)參數(shù)計(jì)算方法為理論分析計(jì)算和仿真分析計(jì)算。理論分析計(jì)算速度快，但是在貯箱內(nèi)液位較低、添加了防晃板和異形貯箱等情況下不太適用。仿真分析計(jì)算包括流體仿真計(jì)算和等效模型參數(shù)辨識(shí)，在現(xiàn)有的等效模型參數(shù)辨識(shí)中，參數(shù)需要聯(lián)合理論分析計(jì)算中的部分理論等效公式與流體仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行求解，但理論分析計(jì)算是基于圓柱形的貯箱得到的理論等效公式，致使仿真分析計(jì)算求解出的等效晃動(dòng)參數(shù)并不適用于淺液位時(shí)的不規(guī)則貯箱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種不規(guī)則貯箱在淺液位時(shí)晃動(dòng)參數(shù)的計(jì)算方法及裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)不適用于計(jì)算不規(guī)則貯箱在淺液位時(shí)的晃動(dòng)參數(shù)的問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種不規(guī)則貯箱在淺液位時(shí)晃動(dòng)參數(shù)的計(jì)算方法，包括：

3、確定不規(guī)則貯箱的外形尺寸和流體仿真參數(shù)，所述流體仿真參數(shù)包括液位、過載系數(shù)和液體密度，所述液位與液面等效半徑的比值小于等于0.8；

4、基于所述外形尺寸和所述流體仿真參數(shù)建立不規(guī)則貯箱的仿真計(jì)算模型，對(duì)所述仿真計(jì)算模型施加初始速度的激勵(lì)，進(jìn)行vof計(jì)算得到晃動(dòng)力的變化曲線和晃動(dòng)力矩的變化曲線，所述晃動(dòng)力和所述晃動(dòng)力矩都隨時(shí)間變化；

5、基于所述晃動(dòng)力的變化曲線、所述晃動(dòng)力矩的變化曲線和晃動(dòng)等效模型進(jìn)行晃動(dòng)參數(shù)的辨識(shí)，所述晃動(dòng)等效模型包括晃動(dòng)力的擬合公式、晃動(dòng)力矩的擬合公式、晃動(dòng)質(zhì)量的擬合公式和晃動(dòng)質(zhì)心位置高度的擬合公式，所述晃動(dòng)參數(shù)包括晃動(dòng)頻率、晃動(dòng)阻尼、晃動(dòng)質(zhì)量和晃動(dòng)質(zhì)心位置高度，其中：

6、所述晃動(dòng)力的擬合公式為：

7、f＝f0e-wζtcos(wt+θ)

8、其中，f為所述晃動(dòng)力，f0為初始晃動(dòng)力，w為所述晃動(dòng)頻率，ζ為所述晃動(dòng)阻尼，t為所述時(shí)間，θ為晃動(dòng)相位；

9、所述晃動(dòng)力矩的擬合公式為：

10、m＝m0e-wζtcos(wt+θ)

11、其中，m為所述晃動(dòng)力矩，m0為初始晃動(dòng)力矩；

12、所述晃動(dòng)質(zhì)量的擬合公式為：

13、

14、其中，m為所述晃動(dòng)質(zhì)量，a為晃動(dòng)幅度，所述晃動(dòng)幅度的擬合公式為：

15、

16、其中，x0為初始位移，v0為所述初始速度，所述初始位移的擬合公式為：

17、

18、其中，r為所述液面等效半徑，為液面與貯箱水平面的夾角，h為所述液位，所述液位的擬合公式為：

19、

20、其中，v為液體體積；

21、所述晃動(dòng)質(zhì)心位置高度的擬合公式為：

22、h＝m0/f0-(nxg/w2)

23、其中，h為所述晃動(dòng)質(zhì)心位置高度，nx為所述過載系數(shù)，g為重力系數(shù)。

24、上述方案提高了晃動(dòng)參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性和適用范圍，使得晃動(dòng)參數(shù)計(jì)算適用于淺液位時(shí)的不規(guī)則貯箱。

25、可選的，所述不規(guī)則貯箱的結(jié)構(gòu)包括圓柱體筒段和橢球箱底。

26、可選的，所述基于所述外形尺寸和所述流體仿真參數(shù)建立不規(guī)則貯箱的仿真計(jì)算模型包括：

27、采用流體仿真計(jì)算軟件根據(jù)所述外形尺寸建立所述不規(guī)則貯箱的模型，并設(shè)置所述流體仿真參數(shù)。

28、可選的，所述初始速度為0.1m/s。

29、可選的，所述進(jìn)行vof計(jì)算得到晃動(dòng)力的變化曲線和晃動(dòng)力矩的變化曲線包括：

30、采用vof進(jìn)行流體的瞬態(tài)仿真計(jì)算，得到壓強(qiáng)的變化曲線，所述壓強(qiáng)是由流體域作用于所述不規(guī)則貯箱的壁面產(chǎn)生的，所述壓強(qiáng)隨時(shí)間和作用面積變化；

31、將所述壓強(qiáng)的變化曲線與所述作用面積進(jìn)行積分，得到壓力的變化曲線，所述壓力隨時(shí)間變化；

32、選取所述壓力的變化曲線在垂直于貯箱軸向的分量，得到所述晃動(dòng)力的變化曲線；

33、以貯箱底部中心為原點(diǎn)，將所述晃動(dòng)力的變化曲線與力臂進(jìn)行乘積得到所述晃動(dòng)力矩的變化曲線。

34、第二方面，本發(fā)明提供一種不規(guī)則貯箱在淺液位時(shí)晃動(dòng)參數(shù)的計(jì)算裝置，包括：

35、參數(shù)模塊，用于確定不規(guī)則貯箱的外形尺寸和流體仿真參數(shù)，所述流體仿真參數(shù)包括液位、過載系數(shù)和液體密度，所述液位與液面等效半徑的比值小于等于0.8；

36、仿真模塊，用于基于所述外形尺寸和所述流體仿真參數(shù)建立不規(guī)則貯箱的仿真計(jì)算模型，對(duì)所述仿真計(jì)算模型施加初始速度的激勵(lì)，進(jìn)行vof計(jì)算得到晃動(dòng)力的變化曲線和晃動(dòng)力矩的變化曲線，所述晃動(dòng)力和所述晃動(dòng)力矩都隨時(shí)間變化；

37、辨識(shí)模塊，用于基于所述晃動(dòng)力的變化曲線、所述晃動(dòng)力矩的變化曲線和晃動(dòng)等效模型進(jìn)行晃動(dòng)參數(shù)的辨識(shí)，所述晃動(dòng)等效模型包括晃動(dòng)力的擬合公式、晃動(dòng)力矩的擬合公式、晃動(dòng)質(zhì)量的擬合公式和晃動(dòng)質(zhì)心位置高度的擬合公式，所述晃動(dòng)參數(shù)包括晃動(dòng)頻率、晃動(dòng)阻尼、晃動(dòng)質(zhì)量和晃動(dòng)質(zhì)心位置高度，其中：

38、所述晃動(dòng)力的擬合公式為：

39、f＝f0e-wζtcos(wt+θ)

40、其中，f為所述晃動(dòng)力，f0為初始晃動(dòng)力，w為所述晃動(dòng)頻率，ζ為所述晃動(dòng)阻尼，t為所述時(shí)間，θ為晃動(dòng)相位；

41、所述晃動(dòng)力矩的擬合公式為：

42、m＝m0e-wζtcos(wt+θ)

43、其中，m為所述晃動(dòng)力矩，m0為初始晃動(dòng)力矩；

44、所述晃動(dòng)質(zhì)量的擬合公式為：

45、

46、其中，m為所述晃動(dòng)質(zhì)量，a為晃動(dòng)幅度，所述晃動(dòng)幅度的擬合公式為：

47、

48、其中，x0為初始位移，v0為所述初始速度，所述初始位移的擬合公式為：

49、

50、其中，r為所述液面等效半徑，為液面與貯箱水平面的夾角，h為所述液位，所述液位的擬合公式為：

51、

52、其中，v為液體體積；

53、所述晃動(dòng)質(zhì)心位置高度的擬合公式為：

54、h＝m0/f0-(nxg/w2)

55、其中，h為所述晃動(dòng)質(zhì)心位置高度，nx為所述過載系數(shù)，g為重力系數(shù)。

56、第三方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算設(shè)備，其特征在于，包括：

57、存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序指令；

58、處理器，用于調(diào)用存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的程序指令，按照獲得的程序執(zhí)行上述任一方法。

59、第四方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)可讀非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)計(jì)算機(jī)讀取并執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述任一方法。