航天器贮箱出流过程液体晃动及防晃

针对某航天器贮箱,利用VOF(流体体积)方法对贮箱出流过程中液体晃动及防晃效果进行研究,模拟一定简谐加速度激励下,贮箱出流对液体晃动的影响,并对贮箱增设水平环形防晃板,研究了出流过程中不同宽度、不同分布的防晃板的防晃效果。通过与实验结果对比,验证了VOF方法在计算液体晃动的可靠性。随着出流过程中贮箱充液率减小,液体重心波动幅度明显增加,晃动更为剧烈。当对贮箱增设防晃板时,防晃板能显著抑制出流过程中液体的重心波动。通过对比四种不同宽度的防晃板,得出当防晃板宽度与贮箱直径之比为0.1时,其防晃效果较优且受力最小;对比三种不同分布的防晃板,发现设置五层均布在圆柱段的防晃板时防晃效果最好。     

基于SPH方法的圆柱形贮箱液体晃动研究

在飞行器燃油供给方式的选择和飞行姿态控制调整中,必须充分考虑贮箱内燃油的晃动情况及其对贮箱冲击力的影响。然而液体晃动问题的高度非线性使得其研究极具挑战性。采用光滑质点流体动力学方法对圆柱形贮箱内液体的晃动进行建模仿真,将晃动液体的控制微分方程组离散到一系列流体粒子上,从而将不同物理量函数的连续积分转换成支持域内粒子的离散化求和形式,通过求解线性方程组得到数值解。在固壁边界上布置一组虚粒子,以对内部粒子产生排斥力来模拟固壁边界条件,同时采用狄利克雷边界条件方法模拟自由液面,实现对自由液面的追踪。将仿真的液面变化与试验结果作了对比,吻合较好。得到了贮箱壁面上不同监测点的压强变化以及贮箱与液体之间的相互作用力,并说明了结果的准确性。数值计算方法对液体晃动问题的研究提供一定参考价值。     

燃油跨多隔舱流动及晃动特性分析

为获得输油过程中燃油流通能力及弹射起飞激励下的晃动特征,通过采用有限点集法对多隔舱油箱进行了数值模拟。研究结果表明：有限点集法可以清晰捕获燃油流动和晃动的自由液面特征。油箱载油量影响晃动的程度,油量减少则液面变化剧烈,重心发生大范围移动。隔舱框板的开孔面积是影响流通能力的重要因素,当其在±10%范围内变化时,流动阻力及能量耗散差异显著,这在一定程度上揭示了框板开孔与晃动抑制之间的内在机理,为多隔舱框板的工程设计和流体晃动阻尼理论研究提供重要参考。     

油箱设计中动载荷的近似计算

油箱容器除承受油的静止压力外,还承受由油的晃动引起的动载荷。这个动载荷随油箱运动状态和运动时间的变化而不同,有燃油晃动和燃油冲击之分,下面仅就燃油晃动问题进行讨论,通过一些假设,试图得到油箱设计所需要的动载荷。 如果油箱容器较大,则晃动的液体仅是液体表面以下的一部分,而较深部分的液体,则随容器一起运动。因此,这部分液体可视为一个刚体(这种理论有专门论述,这里不讨论)。如果油箱容器不大或者油箱大但油量较少时,可视为全部油量晃动。由于晃动,则油箱的半面油表面提高,位能增加;当此液表面恢复原状态时,动能增加。由于惯性,液体向油箱另一半面晃去。     

运载火箭圆柱形贮箱中推进剂大幅晃动的数值模拟

运载火箭飞行过程中,贮箱内推进剂晃动及波面破碎现象会对燃料贮箱产生较大的干扰力,控制不当会影响飞行稳定性.为了研究推进剂大幅晃动对贮箱结构的影响,建立了圆柱形贮箱内液体晃动非线性动力学模型,利用流体体积函数与水平集法解决了大幅晃动过程中产生的破碎波的描述及自由液面的追踪问题,并对三维圆柱形贮箱在多种含液状态下,由俯仰运...     

失重环境下圆柱形容器内稳态旋转液体的液面形状

1.引言 在航天高技术中,由于星体充液量的增大以及飞行器姿态指向精度的严格要求,从而液体晃动问题受到了国内外科技界的广泛重视。飞行器在外层空间正常飞行时,液体处于失重状态,此时,不能忽视表而张力的作用,静止自由液面呈特殊曲面,其形状直接影响着液体的动力学特性由于卫星在入轨后处于稳定的自旋状态,这时液面由液体表面     

飞机弹射起飞过程油箱燃油晃动特性分析

飞机弹射起飞过程油箱内燃油晃动剧烈,对飞机的操稳特性、结构强度和油量测量性能等产生较大影响。针对飞机弹射起飞过程中,过载和俯仰角度短时相叠加,且变化剧烈难以试验验证的特点,基于单相流体体积法构建油箱燃油晃动特性模型,开展了半油状态下某多隔板扁平形式典型机翼油箱燃油晃动特性数值模拟仿真研究,分析了燃油重心、传感器浸油高度以及结构框板开孔流通能力等自由液面瞬时急剧变化特征。结果表明,在飞机大过载弹射起飞过程中,机动加载阶段,燃油重心快速后移;快速卸载阶段,存在巨大的瞬时燃油冲击力;油量传感器和输油口布局应充分考虑自由液面剧烈变化影响。文中研究成果,可为该运行场景下燃油及相关系统结构的设计与特性影响分析提供参考依据。     

机动行为下飞机油箱晃动流固耦合动力学分析

飞机执行机动飞行时整体处于大过载状态，此时的油箱晃动流固耦合问题较为复杂。针对这一问题，以某型飞机整体油箱为研究对象，建立ABAQUS与Star-CCM+联合仿真流固耦合方法，对飞机半滚倒转机动行为下的油箱晃动流固耦合效应进行分析，得到了半滚倒转过程中燃油的形态变化，流体域压力以及油箱部件的应力时程曲线等结果，并探究了油箱充液率变化对流固耦合效应的影响。结果表明：机动过载对油箱部件应力应变的影响大于燃油晃动冲击，除上蒙皮外部件应力均随着充液率增加而增加。     

超大直径贮箱轻质防晃结构连接方案设计

正防晃结构是运载火箭贮箱的重要组成部分,对提高推进剂晃动阻尼、降低推进剂晃动质量和晃动振幅起到了至关重要的作用。在重型运载火箭超大直径推进剂贮箱结构设计、制造及验证技术研究中,同时需开展贮箱箱内附件——轻质化防晃结构研究。工程上,最常用的液体晃动抑制方法是在贮箱内安装     

微重力条件下卫星贮箱中的推进剂管理问题

微重力条件下贮箱中液体管理的主要问题是控制液体推进剂在箱中的位置,保证向发动机输送不含气泡的推进剂.对用于自旋稳定卫星的梨形贮箱,在透明的有机玻璃缩比模型中用去离子水作试验介质进行落塔试验.在弹星分离以后,卫星自旋以前通过落塔试验确定气液界面的形状,排出液体时夹气现象和发生夹气时剩余液体的体积,试验为贮箱设计提供可靠的依据.在长寿命的卫星上将采用一种大型表面张力贮箱,在微重力条件下将要进行相关的液体流动特性试验,如气液界面的平衡位置,挤出效率,液体流动的阻力损失,流体的晃动等,验证设计的合理性.     

液面三维面型测量技术综述

综述了目前被用于液体液面三维重建的光学测量方法,目的是将光学三维测量方法用于飞机燃油箱中来测量油箱油位和燃油晃动时液面的三维形态.主要介绍了立体视觉匹配法、条纹分析法和条纹放置法的基本原理,简述了3种方法在测量液面面形的应用场景和发展现状,分析了3种方法在不同场景使用时的优劣.总结和归纳了液面面型测量技术目前面临的挑战...     

储液油箱晃振响应分析

根据CCAR25部965条燃油箱晃振试验要求,以数值分析为手段．研究了某机整休油箱在晃动环境下动力学行为。结果表明,液面在晃动过程中几乎处于平面状态,波动很少,可近似为准静态现象;且油箱结构应力响应与激励载荷时间历程趋势一致。可为燃油箱结构设计及试验测试提供参考。     

民用飞机燃油箱点燃防护设计研究

通过研究燃油箱点燃防护适航要求的发展历程,基于对最新适航条款要求的分析和理解及燃油箱点燃防护机理分析,归纳总结了适用于民用飞机燃油箱点燃防护的设计措施,包括点火源防护、减少燃油蒸气和加装惰化系统,为民用飞机燃油箱点燃防护设计和适航验证提供借鉴和参考。     

TWA800 fuel tank flammability-an analytical investigation

The mission was to identify the conditions of atmospheric pressure and ambient temperature under which a so-called empty-fuel-tank, containing residual fuel, could contain hazardous air/fuel mixtures. The issues are limited to two applications: explosion safety concerns in gasoline fueled automotive vehicles and explosion safety in jet fueled jet aircraft. In general, we concluded that flammable mixtures, under certain conditions, may exist in an empty fuel tank containing residual fuel, at ambient temperatures ranging from -51°C (-60°F) through 93°C (200°F), at or below atmospheric pressure. However, in the case of a gasoline automotive fuel tank, at normal ambient temperatures above -18°C (0°F), it is absolutely certain that the fuel tank head space contains an over-rich mixture, which cannot explode, unless the automotive fuel tank is completely drained of liquid fuel. Further, in the case of a fixed wing jet aircraft, a combustible mixture also does not exist in a fuel tank containing JetA type fuel at ambient temperatures below 38°C (100°F) which is about the lean limit flash point for commercial jet fuel at sea level. Nevertheless, this study identified six highly unlikely, but rationally possible critical conditions which can occur in a combination which may permit a combustible mixture to exist within a jet aircraft fuel tank and pose a potential hazard. While the scope of this summary paper is limited to fixed wing jet aircraft fuels, details of the automotive vehicle gasoline fueled application are contained in the original paper     

航空用磁致伸缩油量传感器的研究与设计

飞机油箱剩余油量的精确测量是项很复杂的工作。它涉及到液位测量，飞行姿态误差修正，气压和温度引起的燃油密度的变化对测量影响的修正，油箱形状和结构的不规则带来的高度一体积一质量关系的非线性等诸多因素。本文着重介绍了将磁致伸缩传感技术应用到油量测量中重要的环节——液位测量中的原理及传感器结构，应用该方法可使液位测量的精度得到很大提高，为后续误差修正和数据处理打下良好的基础。     

飞机燃油温度仿真及应用

为研究飞行过程中燃油温度变化规律,采用热网络法建立油箱热模型,并在Matlab/Simulink软件平台上输入与飞行试验相对应的边界条件以验证模型可信度,在此基础上,分析了整个航程中各油箱隔舱燃油温度的变化规律。结果表明:该计算方法和仿真模型具有较高的可信度,试验值与计算值两者误差超过1.67 K的时间段中,模拟温度比试验温度高;多数航段内机身油箱燃油温度处于高位,为适航符合性审定重点关注对象,代表着整个燃油箱系统的可燃性暴露时间水平, 以巡航结束阶段为例,标准天长航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出25 K,标准天短航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出7 K,热天短航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出12 K;机翼油箱燃油温度在飞机下降阶段回升幅度较大,其可燃性暴露时间主要集中在航程结束阶段。     

无人机油箱地面洗涤惰化性能

提出了无人机油箱地面洗涤惰化技术理论和方法,利用CFD方法研究了采用地面洗涤惰化技术降低油箱气相空间氧体积分数并使无人机油箱在地面和飞行条件下仍然保持惰化状态的可行性.利用vol-ume of fluid(VOF)两相流模型和自定义传质方程计算了不同油箱初始氧体积分数和载油率下气相空间氧体积分数的变化情况,结果表明:在...     

波音737NG飞机NGS系统

飞机燃油系统的防火防爆能力,直接关系到飞行安全,2008年7月,FAA发布了法规,要求飞机制造厂家必须提供必要的措施来降低全部或者部分位于机身内部燃油箱的可燃性。通过利用飞机自身的引气,将引气中的氧气浓度降低后再将引气送入中央油箱。结果降低油箱内空气中的氧气浓度,使油箱内氧气达到可燃浓度以下,防止油箱爆炸。NGS系统作为燃油箱惰化手段,有效保证了飞机的飞行安全。