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。     

无人机发射过程燃油晃动分析

本文使用MSC.Dytran有限元分析软件对无人机火箭助推起飞过程中的燃油响应进行了仿真计算。计算中采用任意拉格朗日-欧拉耦合(ALE)方法模拟了燃油和油箱的相互作用。仿真得到油箱内不同油量状态下的无人机起飞姿态的变化和燃油在油箱内的晃动规律,结果表明飞机半油起飞状态姿态变化最为严重。为了改善燃油晃动,研究了几种在油箱中增加隔板的改进设计,并对改进效果进行计算。依据仿真计算结果对油箱布局设计给出了几点建议。本文的仿真计算方法经修改完善后有望用于对无人机起飞段的精确仿真计算。     

高速弹头打击下机翼油箱的动态响应分析

机翼油箱是飞机作战生存力研究中的关键部位,而水锤效应是油箱的主要破坏方式之一。本文采用大型有限元软件MSC.Patran建立简化的机翼油箱与高速弹头模型,利用壳元模拟机翼油箱、拉格朗日单元模拟高速弹头、欧拉单元模拟航空燃油与空气,综合考虑弹头与油箱的接触、几何非线性变形、应变破坏准则、弹头与燃油以及油箱与燃油的流固耦合,运用MSC.Dytran进行计算,得到弹头击穿油箱过程中油箱壁板的动态响应。结果表明,空油箱与充油油箱壁板上弹孔附近的变形不同,流固耦合的作用显著提高了油箱的应力水平,增加了油箱被全面破坏的概率。     

水锤效应影响因素及防护结构的数值研究

燃油箱作为飞机上易损性最高的部件,当其遭受高速射弹袭击时会产生破坏严重的液压水锤效应,直接威胁飞机安全,对水锤效应问题的数值研究具有重要意义。采用CEL方法对水锤效应问题进行数值模拟,首先同已有试验结果进行对比,验证数值计算模型的准确性;然后分析射弹入射速度、充液率对水锤效应的影响;最后对水锤效应的防护设计进行数值分析,优选防护结构设置形式。结果表明：水锤效应的破坏威力来自于冲击波,射弹动能越大、充液率越高,对油箱的破坏性越大;设置防护挡板能够在一定程度上降低冲击波对油箱结构的破坏程度,空气防护挡板结构的防护效果最佳。     

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。     

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。     

对大上反效应飞机急滚耦合特性的计算和分析

通过五自由度模拟计算,发现从小迎角进入滚转时,容易出现急滚耦合不稳定,发散的滚转机动总是伴随着有利侧滑、正值的迎角和低头的俯仰速率。从计算结果分析说明,滚转中的有利侧滑是造成急滚耦合不稳定的重要因素。对五自由度非线性方程的线性化分析,证明了侧滑角、俯仰速率和迎角影响大上反效应飞机的急滚耦合稳定性,改变了临界滚转率和稳定判据。本文最后讨论了关于改善急滚耦合问题的增稳系统结构和作用。     

飞机整体油箱的液固耦合振动计算

 本文对拟弹性法进行了扩充,使其能解三维复杂结构的液固耦合振动问题,并对飞机整体油箱进行计算。计算与试验结果对比,证明扩展了的拟弹性法,能用于复杂结构的液固耦合振动计算。由于离散化技术的误差,计算中出现了虚假频率,本文提出了区分虚假频率的方法。     

基于建模仿真的飞机桶滚机动规避空空导弹效果及原因分析

基于飞机桶滚机动规避空空导弹攻击的作战背景,建立了导弹与飞机的空间交会模型。以导弹脱靶量、过载以及舵偏角速率为依据,对桶滚机动不同机动时机、周期下的规避效果以及规避原因进行了仿真分析。研究结果表明,导弹脱靶量与机动时机的关联性较弱,可随着机动周期的增大而减小。当机动周期为 2~3 s时,导弹脱靶量较大,飞机规避效果较好。飞机桶滚机动规避导弹的原因不仅在于导弹交会过程中过载的增大,而且还在于导弹交会过程中舵偏角速率的增大。     

油箱泄漏检测

由飞机燃油箱和管路引起的泄漏和油箱污染,不仅会给运营商造成损失,泄漏的燃油还会污染水源,导致严重的环境污染.老龄飞机的燃油渗漏多出现在机翼的高应力区域,因为应力可能导致油箱螺栓和紧固件松动,或使油箱出现裂纹,这些损伤和裂纹随着飞行小时的增加逐渐形成渗漏.另外,恶劣天气和飞机硬着陆加速了油箱密封材料的失效,在炎热、潮湿气候下运营以及经过不当修理的飞机的此类情况可能更为严重.     

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。     

油液晃动及箱体耦联振动计算方法研究

 本文给出了油箱晃动响应的力学-数学模型。由于妥善处理了非线性项等问题,从而保证了计算收敛与稳定。并用有限元法和边界元法完成了晃动过程的模拟,分别给出了低频、共振、高频特性;箱体动特性和晃动的瞬时动响应位移及应力等数值强果,并配有图象显示等功能。从而给出了一种求解液体自由面大幅度晃动的几何及动力学边界条件的强非线性等技术问题的方法。     

飞机副油箱液体晃动动力学分析

针对液体晃动重心变化对航空航天器、载液货船等载液系统运动及姿态稳定性的影响,结合某型飞机副油箱的晃振试验,采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对该油箱进行了5个晃动周期的数值模拟。推导了任意时刻液体晃动重心的计算表达式,获得了晃动过程中的液体重心变化时间历程曲线,体现了周期性激励作用下液体晃动轨迹的周期性。     

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。     

民用运输类飞机燃油箱/滑油箱晃振试验及适用性讨论

民用飞机燃油箱/滑油箱装载的燃油/滑油在惯性载荷的作用下,会对邻近结构带来冲击力,可能造成油箱结构件的疲劳或强度问题,引起油箱漏油,进而引发其他安全问题。依据第25.965条、第25.1015条中燃油箱及滑油箱晃振试验的相关要求,分析了晃振试验的适用性、验证实施及审查方式,梳理了审查风险点并提出了对应的审查重点。结合具体型号审查案例,对审查的过程及符合性判定进行了分析。分析了燃油箱、滑油箱设计特征并与条款判据进行对比,明确了25.965(b)、25.1015(b)的符合性验证思路,以说明性文件的方式进行符合性表明。通过审查案例说明,采用符合性判据,并与飞机设计特征进行对比,可直接对晃振试验的适用性及符合性进行判断。梳理总结得到的符合性判据、审查重点及风险点为燃油箱及滑油箱晃振试验的型号审查工程实践的具体实施提供了一定的参考及明确判据。     

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。     

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。     

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。