液体火箭冷弹射系统推进剂晃动研究

魏冬冬，姜 毅，赵良玉，李玉龙

(1 北京理工大学宇航学院，北京 100081;2 96901部队，北京 100094)

0 引言

液体火箭是典型细长体薄壳结构，箭体薄壳质量较轻，液体推进剂可占火箭总质量的80%以上。在火箭发射过程中，由于适配装置等边界条件的约束，贮箱体运动规律具有明显的非线性，推进剂流体受迫非线性晃动[1]。相较于固体不易形变的特征，液体的流动性会引起火箭质心变化，不利于发射稳定性和安全性。因此，有必要对火箭液体推进剂的晃动进行研究。

双向流-固耦合是指流体粒子与固体边界在晃动过程中的交互式耦合作用。固体边界的范围和位置确定流体粒子的运动域，运动参数决定流体粒子的受扰晃动幅度；与此同时，液体粒子晃动对贮箱壁施压，反向影响固体边界的运动。二者组成循环反馈闭合链，互为耦合，共同影响液体火箭的运动。

1 液体火箭冷弹射系统动力学建模

1.1 冷弹射系统三维模型

冷发射[2]可以避免热发射带来的极为复杂的燃气排导问题与烧蚀问题，以及发射失败带来的二次伤害问题，还可以节省火箭自身动力，降低火箭动力机构的复杂性，增大火箭的运载比。

液体火箭冷弹射系统由发射架、导轨、适配装置、助推器和火箭组成，火箭包含承力壳体、一二级氧化剂、燃烧剂贮箱等。建立O-xyz大地坐标系，x轴正向为火箭俯仰方向，y轴正向为火箭偏航方向，z轴正向垂直于地面向上，为火箭滚转方向，模型方向服从右手定则。发射系统几何模型如图1所示。……