液体火箭Pogo振动的注气式蓄压器设计与分析

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大型液体火箭在飞行过程中由于结构纵向振动与推进系统相互作用会产生一种自激振动,称之为Pogo振动。Pogo振动可能会影响火箭的正常运行,损坏箭上的敏感零件或仪器设备,造成推进剂振荡从而影响推进系统的工作运行,还可能会对航天员的身体造成损伤。因此,如何抑制Pogo振动是液体火箭设计的一项重要内容。常用的抑制方式为在推进系统上安装蓄压器使推进系统的频率与结构的固有频率分隔开。国内的大型液体火箭一般采用贮气式蓄压器。但是随着液体火箭的规模越来越大,需要的贮气式蓄压器的容积也越来越大,现有的贮气式蓄压器难以满足需求,因此开展对Pogo振动抑制效果更好的注气式蓄压器的相关研究有着十分重要的意义。首先,以注气式蓄压器为研究对象,阐述了蓄压器的作用机理,对注气式蓄压器的动力学模型进行了研究,并对模型的正确性进行了验证。在此基础上根据火箭推进系统、火箭结构系统以及它们之间的耦合关系搭建了Pogo振动系统模型,并给出了火箭Pogo振动稳定性的分析方法。然后,针对两种不同型号的火箭,研究了注气式蓄压器对推进系统频率以及Pogo振动的稳定性的影响。通过与贮气式蓄压器的对比,验证了注气式蓄压器在调节推进系统频率、保证Pogo振动稳定性的能力和优越性。最后,对Pogo振动系统中注气式蓄压器参数的灵敏度进行了分析,分别研究了推进系统和Pogo振动系统中注气式蓄压器参数改变的影响。得到了注气式蓄压器不同参数的灵敏度,为后续注气式蓄压器的设计与实际应用提供了理论基础。
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