一种飞行器燃油箱内串油特性的高精度分析方法与流程

本发明涉及一种飞行器燃油箱内串油特性的高精度分析方法，更具体地说，本发明采用stl几何文件格式表征燃油箱结构，采用光滑粒子动力学方法将连续的燃油离散化成燃油粒子，并基于此分析和解算燃油的串动与晃动过程。

背景技术：

分析燃油重心位置的变化，确定整机重心分布对操控飞行器飞行稳定性至关重要。中国专利“一种飞行器燃油系统重心位置的数字化实时确定方法”(公开号：cn105022928a，公开日：2015.11.04)，将燃油离散化为燃油粒子，并利用光滑粒子动力学方法对燃油粒子进行油箱内空间坐标的解算，从而随飞行器运动姿态变化实时确定燃油重心。但是飞行器油箱内通常分隔为多个由串油孔连通的隔舱，飞行器飞行过程中，运动姿态的变化会引起燃油的晃动和燃油在各个隔舱间的串动，特别是燃油的串动不断改变着燃油在各个隔舱间的分布，必然频繁且显著的改变整机在飞行中的重心分布。因此，快速、准确的获取飞行器燃油的晃动和串动信息是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种飞行器燃油箱内串油特性的高精度分析方法，以快速、准确获取飞行器燃油的晃动和串动信息。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

1)根据飞行器燃油箱实际尺寸，构建飞行器燃油箱结构数字化模型，包括燃油箱的各个隔舱以及隔舱之间的串油孔；

2)构建飞行器位于初始运动姿态时，分布在燃油箱各个隔舱内部的燃油数字化模型，包括燃油量及燃油液位信息；

3)根据飞行器运动姿态，确定燃油系统运动参数；

4)采用光滑粒子动力学方法分析飞行器从一个姿态运动到另一个姿态过程中，燃油在燃油箱各个隔舱之间的串动过程；

5)根据对于所述串动过程的分析，输出飞行器运动姿态变化过程中油箱内部燃油实时的串动和晃动信息，及飞行器位于新运动姿态时位于燃油箱各个隔舱中的燃油的油量和液位信息；

6)与初始运动姿态时的燃油量和燃油液位信息进行比较分析，获得燃油在燃油箱各个隔舱之间的串油信息，如燃油在各个隔舱内的流动规律、耗油顺序信息等。

所述飞行器燃油箱结构数字化模型，采用stl几何文件格式进行表征，且采用基于平衡二叉树的方法进行读取和存储。

所述燃油箱各个隔舱内部的燃油数字化模型，基于光滑粒子动力学方法，将连续的燃油离散化为一系列具有独立质量的相互作用的燃油粒子。

对燃油在燃油箱各个隔舱之间的串动过程进行分析时，分析解算对象为离散化的各个燃油粒子。

所述飞行器燃油箱内串油特性的高精度分析方法，还可以获得并输出飞行器运动过程中，各个隔舱燃油液面及其晃动信息。

本发明的有益效果体现在：

本发明通过在包含隔舱和串油孔结构的燃油箱结构数字化模型中，对离散化的各个燃油粒子在飞行器运动姿态变化条件下的空间坐标进行快速、准确解算，可以获得高精度的燃油箱串油特性分析结果。

进一步的，本发明通过stl几何文件格式表征燃油箱结构数字化模型，且采用基于平衡二叉树的方法进行读取和存储，可有效提高读取效率、解决排序和重复判定等问题。

附图说明

图1是stl格式表征的燃油箱(即油箱)结构数字化模型示意图；

图2是平衡二叉树方法存储结构示意图；

图3是初始飞行姿态时油箱内部燃油示意图；

图4是离散化后燃油箱内部燃油粒子示意图；

图5是新飞行姿态时燃油箱内部燃油粒子示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明最关键的两个方面：一个是“飞行器燃油箱结构数字化模型采用stl几何文件格式进行表征，且采用基于平衡二叉树的方法进行读取和存储”；再一个是“基于光滑粒子动力学方法对燃油的晃动和串动进行解算”。光滑粒子动力学方法能够较精确捕捉燃油自由液面。现有技术仅关注燃油晃动引起的重心变化，解算过程也是晃动这个瞬态过程，不是稳态过程。本发明则重点关注燃油在油箱间的串动，但也同时关注晃动引起的重心变化。本发明通过stl几何文件格式表征的燃油箱结构数字化模型限定了燃油可以自由运动的几何空间，包含了燃油箱隔舱之间的串油孔。只要不是碰到壁面，解算过程中燃油粒子是可以自由通过或驻留的。所以可以解决具有隔舱和串油孔的燃油箱内燃油的空间坐标解算的问题。通过这两方面本发明保证和提高了飞行器燃油晃动和串动的分析精度。

本发明所述飞行器燃油箱内串油特性的高精度分析方法，具体包括以下步骤：

1)根据飞行器燃油箱实际尺寸，构建包括多个隔舱以及隔舱之间的串油孔的飞行器燃油箱结构数字化模型，如图1所示，所述的飞行器燃油箱结构数字化模型采用stl几何文件格式进行表征；且采用基于平衡二叉树的方法进行读取和存储，如图2所示。

2)构建飞行器位于初始运动姿态(例如，以图3所示为初始姿态)时，分布在燃油箱各个隔舱内部的燃油数字化模型，包含燃油量及其液位信息；所述的燃油箱各个隔舱内部的燃油数字化模型，是基于光滑粒子动力学方法，将连续的燃油离散化为一系列具有独立质量的相互作用的燃油粒子，如图4所示。

3)根据飞行器运动姿态，确定燃油系统运动参数。

4)采用光滑粒子动力学方法，将连续的燃油离散化为一系列具有独立质量的相互作用的燃油粒子，并对离散化后的燃油粒子进行分析解算，通过分析解算离散化的各个燃油粒子，分析飞行器从一个姿态运动到另一个姿态过程中，燃油在燃油箱各个隔舱之间的串动过程，如图4和图5所示。只要是在限定的自由空间里，燃油是可以任意运动的。计算过程中，粒子运动到了任何位置比如串油孔位置，只要第一步输入的燃油箱结构数字化模型该位置不是固体壁面，燃油是可以通过或停留在该位置的。

5)输出飞行器运动姿态变化过程中燃油箱内部燃油实时的串动和晃动信息，及飞行器位于新运动姿态时位于燃油箱各个隔舱中的燃油量和液位信息；

6)与初始运动姿态时的燃油量和液位信息进行比较分析(液位位置，坐标，燃油重量)，获得燃油在燃油箱各个隔舱之间的串油信息，如燃油在各个隔舱内的流动规律、耗油顺序信息等。还可以获得并输出飞行器运动过程中，各个隔舱燃油液面及其晃动信息(液面的变化量)。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种飞行器燃油箱内串油特性的高精度分析方法，通过STL几何文件格式表征燃油箱结构数字化模型，采用基于平衡二叉树的方法进行读取和存储；采用光滑粒子动力学方法，将连续的燃油离散化为一系列具有独立质量的相互作用的燃油粒子，并对离散化后的燃油粒子进行分析解算，获得飞行器运动过程中各个隔舱燃油的晃动和串动信息，如燃油在各个隔舱内的流动规律、耗油顺序信息等；本发明提高了飞行器燃油晃动和串动的分析精度。

技术研发人员：李宝童;洪军;林起崟;宣承斌;郑帅
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2017.05.10
技术公布日：2017.10.17