在轨激励作用下低温推进剂动力学行为仿真研究

针对全尺寸低温在轨贮箱,建立了可描述两相流体运动的数值模型,分别就10-3g0过载下初始液位倾斜、侧向正弦波、慢旋等激励作用下流体的运动特性开展了瞬态仿真,并讨论了防晃挡板的作用效果.研究发现:(1)当经历变过载时,初始倾斜液面达到新的平衡,耗时不超过80 s;当倾角较大时,挡板可对液面恢复稳定起加速作用.(2)对侧向激励,当液位处于挡板附近及以下时,无论重力高低,挡板总能起防晃作用.此外,作用效果随液位升高呈线性下降,在同一激励下,2.6 m液位工况时挡板抑制液面晃动幅度约2.6 cm,而3.2 m液位工况时仅为0.3 cm.(3)侧向激励作用时,氢、氧的响应不同.氢的晃动振幅可达6.5 cm,占最大允许值的43.3％,而氧振幅为4.0 cm,仅占16.0％.而液位倾斜与慢旋激励时推进剂类型不同不造成流体行为的明显差异.(4)侧向激励与慢旋均可能使贮箱底部暴露于气枕,应在推进剂管理中加以考虑并进行限制,合理设计角速度.本文工作有助于理解低温推进剂贮箱在多种空间激励下的流动运动规律,为流体控制方案及火箭时序的设置提供理论指导.