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。     

某无人机爬升过程中燃油温度变化规律仿真研究

采用 RON95# 车用汽油或 100LL 航空汽油为燃料的中空长航时无人机在爬升过程中容易遭遇气阻。利用 Flowmaster 软件搭建某型无人机燃油系统的仿真模型,以实际飞行试验中的环境温度、初始燃油温度、初始燃油量、耗油率等参数作为边界条件,通过仿真得到飞行过程中油箱内燃油温度,并与实际飞行试验数据进行对比,验证仿真模型的可行性;利用该模型定量研究环境温度、燃油油量、耗油率、爬升速度等因素对燃油温度变化规律的影响。结果表明:对于某型无人机燃油系统,在连续爬升过程中燃油温度的变化受初始外界环境温度、爬升速度的影响比较大,而燃油油量、耗油率则对燃油温度变化的影响较小;初始外界环境温度越低、燃油油量越少、耗油率越快、爬升速度越大则燃油温度下降幅度越大。     

冲压发动机油箱传热理论研究

为了研究冲压发动机长时间飞行后燃油温度是否超过所选用非金属材料的承受温度限制,使用试验测量数据构建了油箱内流和外流的传热模型,获取了不同工作状态下油箱内壁面的平均换热系数,拟合了换热系数与飞行马赫数和高度的函数关系式。对极限高温环境,典型理论飞行轨迹下油箱燃油温度和燃油使用率进行了研究。计算结果表明,飞行高度越低,马赫数越大,则换热系数越大。油箱内燃油的质量对燃油温度有重要影响。最终燃油温度不大于非金属材料承受温度180℃。      

整体油箱密封剂寿命评估研究

采用新的寿命终值观点，研究飞机整体油箱用密封剂在不同等效温度条件下燃油中工作的性能变化规律、寿命评估原理及方法，并以ＸＭ２２Ｂ为实例进行实际评估，研究了由ＸＭ２２Ｂ密封剂密封的整体油箱的密封延寿情况。     

两种直升机多舱油箱惰化系统代偿损失比较

针对某型直升机多舱油箱,设计了冷却空气控温和燃油热沉控温的 2种多舱油箱惰化系统。基于 AMESim平台搭建了这 2种系统模型,研究了这 2种系统的控温效果和各舱油箱参数变化规律,并且引入代偿损失指标对这 2种系统性能进行评估。仿真结果表明:2种惰化系统均能控制膜前温度维持在 90℃;燃油热沉控温的多舱油箱惰化系统在整个飞行过程中,各舱油箱中最高燃油温度小于 32℃,没有超过许用限制;对于直升机而言,由于油箱相比大型客机而言体积较小,通过计算可得,冷却空气控温的多舱油箱惰化系统的燃油代偿损失小于燃油热沉控温的多舱油箱惰化系统的燃油代偿损失。仿真结果为多舱油箱惰化系统的设计和优化提供了参考依据。     

高速高温空气横向射流条件下直射式喷嘴 燃油轨迹研究

为了优化冲压发动机燃油系统的设计,对高速高温空气来流横向射流条件下直射式喷嘴燃油轨迹进行试验研究和理论分析,试验采用PIV拍摄油雾场,经过Matlab图像处理后获取穿透边界,获得不同空气来流压力(0.17~0.28 MPa)、来流温度(400~750 K)、来流速度(43.641~109.420 m/s)、喷孔直径(0.77~1.00 mm)、燃油压力(1.2~2.7 MPa)下燃油轨迹的变化规律。结果表明:空气来流参数中的温度、压力以及喷油参数中的喷孔直径、燃油压力等对穿透深度均有影响。在试验范围内,随着空气温度或压力增加,燃油穿透深度减小;随着喷油孔径或喷油压力增加,燃油穿透深度增加。通过对燃油粒子和空气来流动量比关系的分析,获得用于预测燃油轨迹的无量纲关系式。     

航空发动机燃油热管理系统仿真及试验验证

为充分利用燃油作为热沉介质,发挥其最大效益,针对航空发动机燃油热管理系统开展了AMESim建模仿真及试验验证。结果表明,主泵出口燃油温升的仿真与试验结果误差最大为2.99℃,热回油温升的仿真与试验结果误差最大为6.81℃。发动机典型状态点下,燃油热管理系统热回油温度和喷嘴前温度的仿真与试验结果差异在5℃以内,仿真模型置信度较高。研究结果可为技术人员开展航空发动机燃油热管理系统方案设计和评估提供参考。     

基于MATLAB/Simulink的飞机燃油箱内燃油温度仿真计算

燃油温度是飞机燃油箱可燃性评估的关键参数之一。为了研究飞机燃油箱内温度的分布规律及传热模型的正确性,采用MATLAB/Simulink软件平台搭建出了客机的燃油箱热仿真模型。在输入飞行实验所对应的的边界条件后,通过数值模拟获得燃油箱内部各计算节点处的燃油温度。结果表明,在三种不同的航行条件下,燃油箱热模型仿真结果均能较好地与飞行实验结果吻合,能够将计算误差控制在一定范围内。采用该燃油箱热模型进行热仿真数值模拟可以获得较为准确的飞机燃油箱热特性,能够在飞机设计阶段,用于对燃油箱结构以及内热源部件布置的优化。     

运输类飞机燃油箱可燃性适航符合性方法

基于国内运输类飞机适航认证需要,系统分析了CCAR/FAR25.981条款变迁历史、内涵与指标要求;并从型号申请人的角度针对适航取证过程中拟采取的符合性方法开展了初步探讨,归纳总结出不同类型油箱可燃性指标及符合性验证方法;在此基础上,研究了美国联邦航空局（FAA）官方颁布的油箱可燃性评估应用程序。研究表明:①燃油箱可燃性适航符合性验证工作重点是可燃性暴露时间评估方法的应用;不同类型油箱,所允许的机队平均可燃性暴露水平不同,其中,机身油箱是适航审定关注的重点;②为了确定隔舱的平均燃油温度、气相空间温度和油箱壁面温度,并根据平均燃油温度计算燃油箱隔舱的热时间常数和平衡温差以用于蒙特卡洛分析,最经济有效的方法是建立燃油箱热模型;③计算机队平均可燃性暴露时间的难点在于平衡温差与时间常数的准确获取,对于该问题,可以通过遗传算法追踪来予以解决。     

涡轮冲压组合发动机燃油系统温升仿真研究

为了实现涡轮冲压组合发动机(简称组合发动机)燃油系统温升仿真计算,基于Flowmaster软件平台首次建立了组合发动机燃油系统温升仿真计算模型,为提高精度,根据试验数据自定义了航空煤油随温度压力变化的物性模块代替软件内置物性模块,基于此进行仿真计算得到不同工作模态下燃油系统温升情况。计算结果表明:涡轮模态工况下自定义物性模块计算得到的主要节点温升与软件内置物性模块相比总体偏低,且压力变化越大计算结果偏差越大;模态转换期间各子燃油系统流量迅速变化对燃油温度影响十分显著;冲压模态工况下燃油流量为2.68倍主燃烧室燃油流量时,可承受的最大发动机热负荷为400kW,最大飞行马赫数为5。实现了对发动机燃烧室入口燃油温度的预测和评估。     

民用飞机燃油系统负加速度试飞技术研究

一个新型的民用飞机要投入航线使用,必须经过适航合格取证试飞,获得型号合格证、生产许可证和适航证,具备三证才允许走向市场。民用飞机适航取证试飞项目有许多,其中负加速度试飞是民用飞机燃油系统适航取证试验的重要验证项目。民用飞机负加速度试飞在国内尚属首次,具有对机组操纵技术要求高、风险难度大的特点。结合某型民机燃油系统合格审定试飞,研究了民用飞机负加速度的试飞技术,提出了用抛物线试飞方法来完成负加速度试飞任务。主要介绍了负加速度试飞中可能出现问题、试飞前应准备的工作、试飞方法等,并对试验结果进行了分析。     

民用飞机驾驶舱门抵御穿透要求适航符合性评估方法

民用飞机驾驶舱门系统安装在飞机舱内,用于阻隔驾驶舱和客舱,除供机组人员正常进出驾驶舱外,必须具备防弹及防侵入功能,防止非机组人员抢夺飞机控制权,为机组成员提供安全保护。从驾驶舱门系统抵御穿透适航条款解读入手,对适航审定要求进行研究解读,提出一种民用飞机驾驶舱门抵御穿透试验方法,给出子弹选择、危险弹道确认、枪击点筛选、试验件构型准备等试验实施细节和要求,并以某型民用飞机驾驶舱门系统研发以及抵御穿透适航审定为基础对其进行验证。结果表明：本文提出的驾驶舱门抵御穿透试验方法有效,满足条款符合性,能够为飞机驾驶舱门设计研发以及适航符合性分析验证和相关条款的适航审定工作提供参考。     

基于粒子群算法的飞机燃油箱热参数反演

为获取用于定量评估可燃性的飞机燃油箱热参数，从集中参数法建立燃油箱热模型的假设出发，基于粒子群算法和飞行试验数据，对某型飞机中央油箱热参数的反演进行了探索。选取了4种不同的参数作为目标函数，对比研究了目标函数的选取对热参数反演结果的影响。研究结果显示：反演得出的燃油箱热参数模型，其输出值与试验值变化规律一致，证明了该方法的有效性；其次以整体均方差为目标函数的反演结果与试验值最为吻合，模型输出值与试验值最大偏差为2.62 K；最后对整体均方差增加惩罚项的措施能够使反演后热参数模型满足适航规章的要求。     

Y12F飞机噪声局方并行试飞适航审定技术

民用飞机为获得型号合格证,应按照有关噪声适航规章条款进行噪声适航合格审定,噪声测试飞行试验是表明符合性的最佳途径。以CAAC和FAA发布的相关噪声适航文件为基础,研究了Y12F飞机噪声测试并行飞行试验所涉及的测试设备、试验场地、气象条件、飞行试验程序、数据测量和处理等方面的适航审定技术。所构建的噪声测试飞行试验适航审定方法,有效地指导完成了Y12F飞机噪声测试的适航验证工作,并完成CAAC和FAA同步审查,为获得CAAC型号合格证和FAA型号合格证奠定了基础。该研究成果可为螺旋桨小飞机和螺旋桨通勤类飞机等新机型的噪声适航合格审定提供借鉴和指导,同时也可为意愿获取FAA型号合格证的申请人提供参考。     

民用飞机验证类试验/试飞中构型差异管理策略研究

在民用飞机研发过程中,构型差异管理是适航验证类试验/试飞过程中进行的必要动作,用以评估当前设计构型能否满足试验/试飞进行的要求以及试验/试飞的适航代表性。从单机设计构型要求、适航验证类试验/试飞要求、型号设计构型、单机设计构型以及实物状态的角度出发,分析了适航验证类试验前后飞机的各类构型差异,并提出了构型差异管理模型。     

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。     

大气扰动建模及在民机工程应用中的研究

大气扰动是影响飞机飞行安全的重要因素。对民用飞机研制试验所需的及相关适航文件中规定的大气扰动进行了建模分析,包括环球风、风切变、大气紊流等。介绍了大气扰动模型在实时仿真系统中的实现及仿真,该研究是民用飞机飞行品质评估、FHA试验及大气扰动相关的适航验证试验的重要支撑。     

Y12F飞机局方审定飞行试验研究

审定飞行试验是局方根据TIA所确定的飞行试验科目进行的试飞,民用飞机为获得型号合格证应进行审定飞行试验。回顾了Y12F飞机的整个审定飞行试验历程,提出了审定试飞发现问题的分类方法,给出了问题类别的确认技术,分析了问题对适航规章条款符合性的影响,并研究了问题产生的原因及解决方案,最终确定了需重新进行符合性验证的相关条款。通过补充验证飞行试验表明了飞机工程更改后对适航规章条款的符合性,通过补充审定飞行试验对申请人所提交的符合性验证资料进行了核查,确认了Y12F飞机对适航规章的符合性。     

Water takeoff performance calculation method for amphibious aircraft based on digital virtual flight

Owing to the strong coupling among the hydrodynamic forces, aerodynamic forces and motion of amphibious aircraft during the water takeoff process, the water takeoff performance is difficult to calculate accurately and quickly. Based on an analysis of the dynamics and kinematics characteristics of amphibious aircraft and the hydrodynamic theory of high-speed planing hulls, a suitable mathematical model is established for calculating the hydrodynamics of aircraft during water takeoff. A pilot model is designed to illustrate how pilots are affected by the lack of visual reference and the necessity to simultaneously control the pitch angle, flight velocity and other parameters during water takeoff. Combined with the aerodynamic model, engine thrust model and aircraft motion model, a digital virtual flight simulation model is developed for amphibious aircraft during water takeoff, and a calculation method for the water takeoff performance of amphibious aircraft is proposed based on digital virtual flight. Typical performance indicators, such as the liftoff time and liftoff distance, can be obtained via digital virtual flight calculations. A comparison of the measured flight test data and the calculation results shows that the calculation error is less than 10%, which verifies the correctness and accuracy of the proposed method. This method can be used for the preliminary evaluation of airworthiness compliance of amphibious aircraft design schemes, and the relevant calculation results can also provide a theoretical reference for the formulation of flight test plans for airworthiness certification.