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微重力充液贮箱晃动刚-液耦合效应研究

郭子漪,  相耀磊,  李凯,  张正川

郭子漪, 相耀磊, 李凯, 张正川. 微重力充液贮箱晃动刚-液耦合效应研究[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2026-0105
引用本文: 郭子漪, 相耀磊, 李凯, 张正川. 微重力充液贮箱晃动刚-液耦合效应研究[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2026-0105
Rigid Body-Liquid Coupled Sloshing in Partially Filled Tank under Microgravity[J]. Chinese Journal of Space Science. doi: 10.11728/cjss2026-0105
Citation: Rigid Body-Liquid Coupled Sloshing in Partially Filled Tank under Microgravity[J]. Chinese Journal of Space Science. doi: 10.11728/cjss2026-0105

微重力充液贮箱晃动刚-液耦合效应研究

doi: 10.11728/cjss2026-0105
基金项目: 北京市科学技术协会2024-2026年度青年人才托举工程(无);微/变重力条件下自由振荡贮箱流固耦合动力学研究(12172363)

Rigid Body-Liquid Coupled Sloshing in Partially Filled Tank under Microgravity

Funds: Beijing Association for Science and Technology (BAST) Young Elite Scientists Sponsorship Program (2024–2026)(无);Fluid-Structure Interaction Dynamics of Free-Oscillating Propellant Tanks under Microgravity and Variable Gravity(12172363)
  • 摘要: 航天器在执行姿态调整、交会对接及轨道机动等任务时,航天器受到微重力环境以及横向、旋转等复合扰动作用,导致充液贮箱内推进剂发生显著晃动,晃动力作用于航天器,引发系统刚-液耦合运动,影响航天发动机性能与姿态高精度控制。本研究基于开源计算流体力学平台OpenFOAM开发了贮箱-推进剂系统六自由度刚-液耦合晃动求解器,系统分析了初始角速度、外力加载过程及流体-刚体质量比对耦合系统动力学特性的影响。结果表明,刚-液耦合作用不仅向刚体运动引入额外扰动,且易诱发系统失稳;同时,晃动所导致的耗散效应使流体振荡衰减速度高于非耦合状态;此外,耦合效应导致系统运动偏离目标状态,能量耗散与系统鲁棒性之间存在平衡关系。研究指出,在航天器姿态控制系统设计与稳定性评估中,须充分考虑刚-液耦合效应及其参数依赖特性。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2026-07-02
  • 录用日期:  2026-10-10
  • 修回日期:  2026-09-29
  • 网络出版日期:  2026-11-13

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