运载火箭复合材料整流罩-卫星系统全频域动力学分析及振动与噪声控制
批准号:
11932011
项目类别:
重点项目
资助金额:
330.0 万元
负责人:
孟光
依托单位:
学科分类:
动力学与控制
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
孟光
中文摘要
运载火箭是人类进入空间的重要手段,在发射和飞行过程中会经历严酷的振动和噪声环境,火箭整流罩内的振动和强噪声耦合激励可损坏卫星设备,甚至导致发射失败。在宽频气动力、各种振动载荷联合作用下,整流罩、卫星与内声腔等发生耦合作用,形成复杂多源宽频激励的整流罩-卫星耦合动力学系统。对这种耦合系统的动力学分析与控制是动力学研究领域的难题,主要表现在对系统全频域振动特性及机理认识不充分,缺乏可靠的全频域动力学分析方法和有效的宽频减振降噪手段。本项目结合理论分析、数值模拟及试验,开展运载火箭复合材料整流罩-卫星系统振动噪声耦合机理与控制研究,主要包括:复合材料整流罩表面脉动力演化机理与表征方法、整流罩-卫星系统全频域动力学分析方法与动态响应特性、整流罩-卫星系统宽频振动和噪声控制、复合材料整流罩-卫星系统振动与噪声试验等。本项目研究成果将为我国新一代运载火箭整流罩的设计和减振降噪提供理论依据和技术支持。
英文摘要
The launch vehicle is the most important way for sending human beings into the space. During flight missions, launch vehicles are subjected to severe vibration and acoustic noise environment, which can endanger the survivability of the equipment of the satellite, and even result in the failure of the launch mission. Under the combined excitation of the broadband aerodynamic forces and various vibration loads due to the launch vehicle, the fairing, the satellite and the inner acoustic cavity are coupled to each other to form a fairing-satellite coupling dynamic system. The dynamic analysis and control of such a broadband complex system pose a considerable challenge in the field of dynamics. Regarding the coupled composite fairing and satellite system in a launch vehicle, there is no reliable numerical method for the dynamics analysis of the system, and the physical insight into the mechanism of the vibration characteristics of the system under multi-source excitations need to be revealed. In addition, no effective method is available to control the vibration and noise of the coupled composite fairing and satellite system under broadband excitation forces. This project investigates the coupling mechanism and control of the vibration and noise of the composite rocket fairing-satellite system based on theoretical methods, numerical simulations and experiments. The following problems will be examined in this project: the mechanism and modeling method of the dynamic loads on the surface of the composite fairing, the development of the full-frequency domain dynamics analysis method and vibration analysis of the coupled composite fairing and satellite system, the broadband vibration and noise control of the fairing-satellite system, etc. The results of this project will provide theoretical basis and technical support for the vibration reduction and noise control of the fairings in the new generation of the launch vehicles.
运载火箭在发射和飞行过程中会经历严酷的振动和噪声环境,火箭整流罩内的振动和强噪声会损坏卫星设备,甚至导致发射失败。本项目针对运载火箭复合材料整流罩-卫星系统振动噪声控制这一关键核心问题,在复合材料整流罩表面脉动力机理与表征方法、整流罩-卫星系统全频域动力学分析方法与动态响应特性、宽频振动噪声控制等方面开展基础理论和关键技术方面开展了创新研究。主要成果包括:(1)发展了GPU并行加速的间断伽辽金可压缩流体计算方法,阐明了运载火箭跨/超音速飞行中整流罩表面非均匀脉动力的产生机制和分布规律;(2)建立了薄壁层合结构-声场耦合有限元-多极子边界元计算方法,提出了基于任意拉格朗日-欧拉的薄壁层合结构流-固-声强耦合数值建模方法,为跨/超声速下复合材料整流罩-卫星全频域动力学研究提供了科学工具;(3)阐明了整流罩表面激波-边界层干扰、流动分离和湍流脉动诱发的整流罩内部低频、中高频强噪声环境形成机制;建立了复合材料整流罩-卫星声振耦合模型,确定了有效载荷等关键部位的振动噪声响应及分布规律;(4)发现了以涡传输和涡耗散为主导的声波耗能机制,提出了仿生锯齿吸声结构设计方法,与传统吸声结构相比,吸声性能提升10%以上;设计了非线性多重局域共振嵌套式吸声超结构,实现了封闭空腔结构低频宽带高强噪声控制;(5)提出了多向吸声结构-穿孔板-多孔材料耦合的宽频降噪设计方法,应用于长征6A运载火箭复合材料整流罩宽频降噪验证,在高声强混响室内实现整流罩500-5000Hz范围内降噪平均>4dB。.项目组共发表论文42篇(SCI论文38篇),撰写中英文专著2部,获软件著作权3项,申请/授权发明专利5项;举办了第八届振动工程国际学术会议,第六届国际动力学、振动及控制会议等系列国际会议;项目组成员在国际会议作大会邀请报告8次;担任分会场主席20余次;研究生多次参加国内外学术会议,发表27篇会议论文。项目提出的振动噪声耦合分析与控制方法被国内外研究团队直接应用,应用于我国新一代运载火箭整流罩、大功率水声发射装置、水下潜艇、防空武器等国防装备动力学与控制设计。项目培养青年教师5人,博士后3人,培养博士生6人(毕业1人),硕士生6人,其中1人获国家杰出青年科学基金,1人入选教育部长江学者(校企联聘),2人入选上海市浦江人才计划。
举办第六届国际动力学、振动与控制会议(ICDVC 2022)
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批准号:12242202
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项目类别:专项项目
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资助金额:15.00万元
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批准年份:2022
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负责人:孟光
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依托单位:
大型结构全场振动与形变毫米波测量仪器(mmFVD-LS)研制
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批准号:12127801
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项目类别:国家重大科研仪器研制项目
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资助金额:861.7万元
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批准年份:2021
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负责人:孟光
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依托单位:
举办第八届国际振动工程会议(ICVE 2021)
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:15万元
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批准年份:2020
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负责人:孟光
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依托单位:
动力学与振动控制高级讲习班
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批准号:10942001
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:15.0万元
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批准年份:2009
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负责人:孟光
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依托单位:
燃气轮机转子系统在多场耦合作用下的非线性振动与控制
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批准号:10732060
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项目类别:重点项目
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资助金额:210.0万元
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批准年份:2007
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负责人:孟光
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依托单位:
表面贴装(SMT)元器件中焊点振动冲击可靠性与优化设计的研究
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批准号:50775138
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2007
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负责人:孟光
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依托单位:
磁流变阻尼器减振机理及旋转机械振动和稳定性主动控制
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批准号:19972054
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项目类别:面上项目
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资助金额:15.0万元
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批准年份:1999
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负责人:孟光
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依托单位:
国内基金
海外基金