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     

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...     

简谐激励下大型低温贮箱防晃设计

针对某大型低温贮箱,基于水平环形防晃板和竖直防晃板设计了一种布置于整个贮箱的固定结构防晃板,采用CFD软件Flow-3D数值模拟了一定简谐激励下,不同充注率时该防晃板的防晃效果.通过与液面水平环形防晃板对比发现:两种结构防晃效果相近,均可以显著抑制不同充注率下液体的质量中心波动范围.当充注率为50%时,两防晃结构甚至可以使波动范围减小64%;在晃动过程中,相比于液面水平环形防晃板,固定结构防晃板中单层水平环形防晃板的受力更小,但是贮箱受到的压力会有所增加;对比相同面积液面水平环形防晃板和竖直防晃板的防晃效果,液面水平环形防晃板优势更加明显;随着充注率的增大,液体在贮箱内晃动时液体的质量中心波动范围逐渐减小.      

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。     

飞行器用液氢贮箱低温推进剂晃动热力学响应分析

研究飞行器低温推进剂贮箱内流体晃动的热力耦合特性,采用计算流体力学(CFD)技术仿真不同工况对液氢贮箱内低温推进剂晃动热力学的影响。考虑外部环境漏热和气液界面相变对贮箱气枕压力的影响,并通过用户自定义函数(UDF)将外部晃动激励施加于罐壁作为动量边界,利用VOF法捕捉气液相界面波动。结果表明：晃动激励越大,气枕空间压降越大,晃动激励为0 m/s、0.11 m/s、0.22 m/s、0.44 m/s时的气枕最大压降分别是2 Pa、120.3 Pa、6084.5 Pa、9158.3 Pa;气枕压降随初始液体温度的降低而增大,初始液体温度为20.0 K、21.0 K、21.5 K时的气枕压降时为6079 Pa、5248 Pa、3902 Pa;初始充满率越高,气枕压降越大,充满率为30%、40%、50%、60%、70%时气枕压降分别是1905 Pa、3758 Pa、6085 Pa、6476 Pa、8339 Pa。流体晃动扰动了液氢贮箱内气液界面处的热力学平衡,导致气枕压力大幅降低,为保证飞行器的稳定运行需采取合理的增压或防晃措施来维持贮箱气枕压力。     

低温推进剂贮箱压力变化的CFD仿真

为预示低温推进剂贮箱在地面停放阶段的压力变化并研究贮箱内物理过程的相互作用关系,建立了包含液体推进剂和混合气体两相的二维轴对称volume of fluid(VOF)计算流体力学(CFD)模型,并引入了基于热力学平衡假设的推进剂相变模型.对实验液氢贮箱进行仿真得到的压力上升速率与实验结果相差9.1%.通过对地面加压停放阶段下的液氢和液氧贮箱的仿真发现:造成液氢贮箱压力上升的主要因素是壁面漏热对气枕的加热作用,而液氢蒸发影响更小,液氧贮箱在加压停放阶段初期明显受到液氧相变的影响.两个贮箱中液面附近的对流运动在不同的气液传热过程作用下有不同的变化趋势,对流运动会影响推进剂的相变进而影响贮箱的压力变化.      

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。     

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。     

回流口位置对液体火箭液氧贮箱热分层影响规律研究

低温液体火箭射前需要采用自然循环方式对火箭发动机进行充分预冷,循环预冷管路的回流口位置是影响液氧贮箱内部场分布的重要因素。本文采用CFD技术,通过对不同回流位置的液氧贮箱物理场的数值模拟,揭示了贮箱内部温度场及速度场的分布特性,分析了回流口位置对贮箱内部热分层的影响规律。研究表明,当回流口位于下封头以上2米位置时,贮箱内部液氧过冷度最大,过冷液体含量最多,回流位置最佳。此研究结果为运载火箭推进系统的设计提供了重要的理论支持。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

模型发动机内凝相颗粒碰撞的数值模拟

针对燃烧室内的高温液态凝相粒子,利用所建立的数学模型对聚集状态下粒子间的碰撞与聚合及其与发动机壳体之间的相互作用过程开展了数值分析,获得了收敛管内壁面上液膜厚度及从出口处逃逸的粒子直径分布,并和实验数据进行了比较分析。结果表明在发动机两相内流场计算中,将凝相粒子看成无蒸发的液滴更为合适;聚集状态下凝相粒子间的碰撞与聚合对粒子直径的分布有很大的影响;粒子和壁面之间的相互碰撞不但会导致大量小尺寸粒子的生成,而且也是收敛管内壁面上金属膜形成的直接原因。     

风沙两相流数值模拟研究进展

大气表面层中的风沙运动是典型的高雷诺数湍流气固两相流动,同时具有可蚀地表上的冲击溅起过程、风-沙-电多场耦合、多尺度与跨尺度等复杂特性,使其定量预测极具挑战性。回顾了近30年风沙运动数值模拟的研究进展以及取得的成果,主要包括基于湍流雷诺平均Navier-Stokes （RANS）方法的风沙运动多场耦合模拟与风成地貌耦合尺度模型建立,基于湍流大涡模拟（LES）与高雷诺数湍流理论的风沙运动模拟方法。最后明确了风沙运动现有数值模拟方法的不足和值得进一步研究的方向。