用于运载火箭中的气体减压器作为飞行器气动系统中一种重要的控制元件,其性能好坏直接影响系统的正常工作。其中动态特性是衡量减压器性能的重要因素之一,目前国内外关于箭体减压器动态特性问题理论上都没有得到妥善解决,国内在这方面的理论研究更是十分有限,在实际应用中就曾出现减压器因启动时振动而失效,导致飞行任务失败的故障。 本文以某型火箭冷气姿控系统气体减压器为例,开展减压器的动态特性研究。首先依据气体动力学、自动控制原理和阀门设计等相关理论,建立了减压器的数学模型并转化为Simulink仿真模型,经与各种工况下实物试验结果的比较,仿真计算值与试验值的误差约为2%～5%,验证了模型是合理、可行的。在此基础上,进一步将系统的非线性数学模型在某一稳定工作点处作线性化处理,得出系统的线性模型,并利用MATLAB软件编程计算,得出该减压器动态稳定的结论,为判断该减压器的稳定性提供了理论依据。 此外,本文还通过仿真从频域和时域上分析了粘性摩擦系数、出口容积等五项参数单独变化时对减压器稳定性的影响,并给出了该减压器原设计中出口容积偏小,通过增加出口管路的容积可以使减压器达到动态稳定的结论和仿真结果,为减压器研制提供了新的理论依据。 文章最后针对箭体减压器研制中尚无优化设计的现状,尝试利用计算机仿真进行参数优化,通过在仿真模型中增加NCD(Nonlinear Control Design)控制模块,对粘性阻尼系数,弹簧刚度等参数进行优化,得出了相关参数的优化结果,为今后开展减压器的优化设计进行了初步探索。 通过对减压器进行建模和仿真分析研究,为解决工程中的实际问题、新产品的开发研制提供了具有参考价值的理论依据与方法。