岳宝增，马伯乐，唐 勇，刘 峰

(1. 北京理工大学宇航学院，北京 100081； 2. 深圳大学电子与信息工程学院，深圳 518000；3.中国空间技术研究院，北京 100094)

0 引 言

现代航天器的液体燃料质量占比大，因此当其发生大幅晃动时，将影响航天器整体质量的分布。这将会导致航天器整体的惯性特性不断剧烈变化，外加液体黏性引起的能量耗散等因素，最终可能造成充液航天器姿态失稳。因此定量分析液体晃动与航天器的刚体运动相互耦合引发的复杂刚-液耦合动力学问题，是本文的重点研究方向。

刚-液耦合动力学的重难点是液体晃动动力学。特别在微重力环境下，液体的表面张力和接触角等影响不可忽略。目前求得的解析解只限于如圆柱形和矩形等规则几何形状的贮箱。基于此学者们建立了航天器刚-液耦合动力学模型，并采用摄动法研究耦合系统的非线性特性或探究模块化的求解方法等。但现代航天器通常采用球形或卡西尼(Cassini)贮箱，则难以采用解析方法处理液体晃动进而对刚-液耦合系统建模。目前等效力学模型(EMMs)和计算流体力学(CFD)方法在这方面取得了良好的效果。诸多学者基于等效球摆、质心约束面、运动脉动球等模型处理液体晃动问题，并建立了航天器的刚-液耦合动力学模型。从研究结果来看：质心约束面和运动脉动球模型，特别是液体发生大幅晃动时能更有效地预测航天器与液体的相互作用，这将是预测液体小幅晃动的弹簧质量阻尼器模型和球摆模型的有效补充。……