民机燃油箱热模型工程应用研究

为满足民机燃油系统和惰化系统研制过程中对燃油箱热分析的多元化需求,采用Matlab/Simulink软件,针对一典型窄体干线客机燃油箱采用集总参数法建立热模型,通过对部分对流传热过程建模优化,同时在各个计算环节融入实际工程数据,最终经试飞数据校核修正,热模型对主油箱的仿真误差小于±2 ℃。通过对燃油结冰气象条件试飞热分析、燃油系统热气候条件试飞热分析、燃油箱差异对油温影响热分析等多种工程场景的算例研究,展示了燃油箱热模型在民机研制中的典型工程应用。为进一步提升热模型通用性与易用性,结合工程经验,通过关键输入参数化、集成飞行参数自动生成模块和油量分配计算模块,形成具有独立操作界面的工程应用型燃油箱热分析工具,为民机燃油箱热模型的高效工程应用提供一种参考。     

民用飞机燃油箱热特性数值仿真

燃油温度是民用飞机燃油箱可燃性评估的关键输入参数。基于部分假设,利用Matlab/Simulink软件对某型飞机燃油箱热特性进行了数值仿真研究。研究表明,燃油温度仿真结果与飞行试验结果吻合较好,满足适航规章的误差要求。采用数值仿真方法可在飞机设计阶段较为准确地获得燃油箱热特性,用于支持燃油箱内及附近热源部件布置的优化,并可在飞机适航取证阶段提供数据支持。     

飞机燃油箱热分析研究

为了预测飞机燃油箱燃油温度在飞行过程中的变化情况,基于热网络法建立了飞机燃油箱非稳态热分析模型。该模型考虑了油箱内部的换热问题,同时又考虑了燃油箱壁面与外界环境间的对流换热、辐射换热以及气流的气动加热问题,将燃油箱热分析的边界扩展至燃油箱外。采用Matlab/Simulink软件实现了飞机整个航程内燃油箱系统的热分析研究,并将热分析计算结果与飞行测试数据进行了对比。结果表明,计算结果与飞行测试数据吻合良好,最大误差不超过3.2℃。     

基于FTFAM的燃油箱可燃性暴露率影响因素研究

燃油箱可燃性评估方法(FTFAM)是当前民用飞机中定量化验证燃油箱可燃性符合性的指定方法,其计算核心是求解燃油箱可燃性暴露率(ηFER)。文中在明确FTFAM求解ηFER的基础上,对评估方法中所考虑的大气环境、气动特性和飞机内部系统3类主要热源进行了分析,并明确用飞行高度、马赫数、平衡温差作为热源对应的表征参数,计算了各表征参数单因素作用时对应的ηFER。计算结果显示3种热源均对ηFER产生不同程度的影响,飞行高度主要影响可燃性包线,而马赫数和平衡温差则影响燃油温度。此外,根据计算分析结论,还对降低燃油箱可燃性提出了相关建议。     

民用飞机燃油箱布线研究

对民用飞机燃油箱常见的电火花和电弧、细丝加热、摩擦火花和热表面点燃四种点火源进行了介绍,分析了与电缆敷设相关的点火源,总结了可能降低燃油箱安全性的燃油泵布线、燃油量指示系统布线和电气馈电线布线的设计特征,提出了燃油箱布线的基本原则。分别从线路敷设、线路隔离、瞬态抑制装置的使用等方面提出了最小化点火源的可接受布线设计方法,为飞机燃油箱的布线设计和安全性分析提供了指导。     

民用飞机辅助燃油箱系统燃油转输油出口位置研究

面对不同的市场需求,民用飞机通常在取得型号合格证之后,通过改装,形成公务机~([1])、遥感机、海监机等在内的特种飞机。大航程、长航时是众多特种飞机的重要特点。民用飞机通常在货舱内加装辅助燃油箱~([2-3])以增加额外的燃油存储空间,增加载油量,从而增大航程。然而辅助燃油箱内的燃油不直接供给发动机,需在巡航阶段将辅助燃油箱内的燃油转输至基本燃油箱内,通过基本燃油箱内供油系统供给发动机~([4-8])。转输动力可以来自转输泵或者闭式通气增压系统,即辅助燃油箱与基本燃油箱产生一定的压差,通过该压差将燃油转输到基本燃油箱内。然而不同的转输口位置,将会导致燃油转输的控制逻辑不同。基于某民用飞机的基本油箱构型,通过不同的转输口位置分析,给出较为合理的转输口位置。     

飞机燃油箱地面预洗涤技术理论研究

基于氧氮质量守恒关系,建立了飞机燃油箱爬升过程中气相空间、燃油中平衡氧浓度及地面预洗涤的数学模型,并采用微元段法对其进行了求解。计算结果显示,当采用富氮气体进行地面预洗涤后时达到的平衡浓度越低,则可达到的安全巡航高度越高。由于爬升过程中逸出的氧气很多会排出燃油箱外,因而地面预洗涤时,并不需要将燃油中氧质量浓度降低至安全气相浓度所对应极限质量浓度,且飞机燃油箱中的初始载油率对洗涤后的氧质量浓度有直接要求,当载油率越高,需要将燃油中的氧质量浓度洗涤的越低。计算还显示,在地面洗涤时,油罐中的油量也对换气次数有直接影响。通过选择合适浓度的富氮气体在地面预洗涤燃油箱,可保证飞机在巡航高度下氧浓度在安全范围内,但是会在一定程度上增加设备的初投资费用。文章的研究结果可为燃油地面预洗涤的工程设计奠定初步的理论基础     

民用飞机燃油箱系统热模型分析研究

飞机燃油箱系统热分析是飞机燃油系统设计和适航取证的关键技术之一。首先对燃油箱热模型分析方法进行了阐明,然后在典型热天环境中(地面温度为327K)对一种典型民用飞机燃油箱结构的热参数进行了工程计算研究。研究表明,外翼油箱、机身油箱以及集油箱内燃油温度分布不均匀;各油箱燃油温度在地面状态均高于巡航状态;燃油的最高温度时刻出现在地面终了状态,而且最高点位置出现在集油箱内。研究结果既可以指导飞机燃油箱设计,也可以为飞机燃油系统的适航取证提供一定技术支持。     

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。     

民用飞机燃油箱热分析环境因素影响研究

准确计算分析民用飞机燃油箱热分析的环境因素是飞机适航取证必须掌握的一项重要技术。分别对中央翼油箱和机翼油箱的环境因素进行分析,通过计算气动加热因素、太阳辐射因素和地面辐射因素对燃油箱壁面温度的影响,得出民用飞机燃油箱热分析中环境因素的计算方法。     

民机燃油箱防爆闪电防护新适航要求研究

民用飞机燃油箱系统防爆设计是飞机设计的一个重要方面,其中适航对燃油箱系统闪电防护设计要求作为燃油箱防爆设计及验证的一个重要组成部分,历来受到航空工业界及美国联邦航空局(FAA)的普遍关注。通过研究FAA 关于民用飞机燃油箱系统防爆方面闪电防护的最新适航要求,总结了相关条款的变化内容及相应的符合性验证方法,并预判了未来航空工业界由此产生的影响,对民用飞机适航验证有一定借鉴意义。     

民机燃油箱惰化流场的数值仿真及其特性分析

根据民机燃油箱冲洗惰化过程的特点,基于FLUENT软件开发了一种用于燃油箱惰化流场数值仿真的计算方法。将方法的计算结果与国外文献中公布的理论模型计算结果和实验数据进行了对比,验证了方法的正确性。对两种采用不同喷口、通气口布置的矩形燃油箱的惰化过程进行了数值仿真计算,分别给出了惰化80 s和2 400 s时的氧浓度分布云图,并进行了对比分析,说明方法在优化设计喷口、通气口位置以达到最优的惰化性能方面有较大优势。     

基于飞机油箱模型形状特征的油量测量

在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法.此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征.实验结果表明:该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度.     

带油箱结构的机身框段坠撞仿真分析

 主要研究了任意拉格朗日/欧拉耦合方法计算带油箱的机身框段的坠撞过程。首先,建立了带油箱结构的机身框段坠撞分析模型,包括机身框段结构模型和欧拉流体模型。采用水代替油箱内部燃油,考虑了不同装水量对机身框段耐撞性的影响。分析了坠撞过程中的液体晃动和泼溅与机身坠撞响应的影响,给出了装水量和机身框段最大垂向压缩位移、最大过载和能量吸收等参数之间的关系。通过仿真分析,揭示了冲击载荷作用下油箱内部燃油量对机身框段各个部分结构的损伤破坏的影响。研究指出,在垂直撞击环境下,机身加强框和蒙皮是主要的吸能结构。在油箱内装水量多的情况下,油箱结构的吸能作用不能忽略。给出了应急着陆或可生存坠撞事故发生前,飞行员所应采取的紧急措施。     

先进战斗机超音速巡航油箱燃油温度变化仿真研究

战斗机广泛地使用燃油作为飞机发热部件的热沉,尤其是先进战斗机在综合热管理技术的发展基础上,更加充分有效地使用了燃油来冷却。用热量平衡方法分析了在任意时段油箱中的燃油的温度。结果表明在中低马赫数飞行状况下,影响燃油温度的最主要因素是燃油油箱中燃油的剩余量。本文应用C软件计算油箱内燃油温度。     

飞机油箱水锤效应研究方法及影响因素

油箱是飞机生存力研究中的关键部件,水锤效应是油箱的主要破坏方式之一。概述了国内外在飞机油箱水锤效应研究中取得的一些进展,包括水锤效应数值模拟方法、试验方法,水锤效应的影响因素,基于水锤效应影响的油箱结构设计等。综合国内外理论研究、仿真分析和试验结果,得出弹片材料、弹片速度、箱体空气比例等都是水锤效应的影响因素。研究成果可为进一步开展水锤效应研究提供参考。     

飞机油箱余油量的神经网络动态测量

论述了采用人工神经网络对飞机油箱燃油余量进行动态测量的方法。首先建立了飞机油箱余油动态测量的神经网络模型 ,然后讨论了该模型在使用中的有关问题解决方法 ,最后给出了一例仿真结果。     

飞机油箱水锤效应影响因素及其影响程度研究

水锤效应是飞机燃油箱的一种主要损伤模式,它可能引起油箱结构灾难性的破坏,分析水锤效应的影响因素及其影响程度,对燃油箱易损性的评估、燃油箱防护性设计具有重要意义。以破片速度衰减、箱内液体压力和壁板变形为对比参量,模拟一个等效飞机油箱在不同破片速度、质量(材料)、形状、入射角度、入射方向打击下及不同充液率时的水锤效应;并采用最小二乘法拟合油箱的入/出射壁板变形公式。结果表明:随着破片速度、质量和油箱充液率的增大,水锤效应的破坏能力显著增强;破片形状对液体压力和壁板变形均具有一定的影响;破片的入射角度、方向将改变其在油液中的运动路径,进而影响水锤效应。