关 宏 徐世杰

北京航空航天大学宇航学院，北京 100191



基于Fluent计算的火箭离轨姿态运动仿真与分析

关 宏 徐世杰

北京航空航天大学宇航学院，北京 100191

在航天器姿态运动分析中常遇到液体的流动、晃动及流/固耦合等问题，针对这类问题建立精确的数学模型是很困难的，通常需要利用数值计算和仿真手段进行分析。利用用户互动功能(UDF)，引入自定义的变量源函数，应用Fluent对运载火箭离轨姿态控制进行剩余燃料的流场数据分析。通过在流体运动方程中加入相关的牵连运动，得到在轨运行状态下贮箱内剩余液体的运动参数和对贮箱的干扰力矩，为运载火箭系统的姿态运动分析和仿真提供运算参数，使得流场的变化与运载火箭的姿态运动相关联，分析各个时刻流场运动状态对箭体姿态的影响。

Fluent;离轨;剩余液体;用户互动功能(UDF)

随着运载火箭技术的进步，使用液体推进剂的火箭已经成为航天器的主要运载工具。一些一次性使用的运载火箭和重复使用的航天飞行器，在主发动机关机后，不可用推进剂、安全储备、以及飞行混合比偏差所引起的剩余推进剂都将存留在贮箱里。这些残存的液体燃料在贮箱里的运动将会影响到运载火箭的姿态运动，甚至引起火箭姿态失稳。因此对贮箱里残存液体的运动分析和计算是十分必要的。实际工程中，运载火箭在分离后的回收过程中常遇到剩余液体晃动产生的问题。一般是将剩余液体的运动作为对火箭的干扰来处理，根据剩余液体不同的分布规律，采用偏微分方程描述其运动变化规律[1-2]，并作为姿态运动的流体分析干扰模型。……