飞机燃油系统数值建模方法与仿真分析

　第27卷　第5期　　　　　　　　　　　　　　飞　机　设　计　2007年　10月　　　　　　　　　　　　　AIRCRAFTDESIGNVol127No15　Oct　　2007　

　　文章编号:

1673-4599(2007)05-0065-07

某型飞机燃油系统数值建模方法与仿真分析

冯震宙,高行山,刘永寿,岳珠峰

(西北工业大学工程力学系,陕西西安　710072)

摘　要:基于Flowmaster2软件建立了某型飞机燃油系统的整体仿真模型,并进行了瞬态和稳态分析。在瞬态分析中得到几个压力值较大的节点,在稳态分析中得到个别流速流量均出现较大幅值的元件,并且得到发动机入口流量完全符合设计要求。分析结果均可以对该整体系统较好的进行流体力学行为描述,同时为改进和优化设计燃油系统提供了新思路和方法。

关键词:飞机燃油系统;仿真;Flowmaster2;瞬态分析;稳态分析中图分类号:V22811　　　文献标识码:A

ModelingandSimulaonirplaneFuelSystem

Hang-shan,LIUYong-shou,YUEZhu-fengMechanics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,

Xi′an　710072,China)

Abstract:TheintegratedmodelforairplanefuelsystemisestablishedusingFlowmaster2software.Theanalysisofsteadystateandtransientstateforthissystemarecarriedout.Theanalysisresultsaregoodforthissystemattwostatesandsomemodifiedsuggestionsareproposed.Somepointswithgreatpres2surevalueatthetransientstateanalysisarediscovered.Somecomponentswithbiggerflowrateareob2tainedatthesteadystateanalysis.Theflowrateofengineentranceaccordswiththedesign.Throughmodelingandsimulationofpipenetworksystem,newmethodisprovidedformodifyingandoptimizingfuelsystem.

Keywords:airplanefuelsystem;simulation;flowmaster2;transientstateanalysis;steadystateanalysis

　　研究飞机燃油系统的整体建模分析技术具有重要的现实意义及广阔的工程应用背景。由于飞机燃油系统、液压系统等管系受损引起飞机操作和机械故障,从而导致飞机失事大致占到飞机失事原因的30%以上。飞机燃油系统受损导致飞机失事事故在文献[1]～[3]中屡见不鲜。文献[4]中提供数据针对某型飞机表明自1964年06月到

基金项目:国家自然科学基金(50375124,10472094)资助项目收稿日期:2007-05-29;修订日期:2007-08-20

1990年12月共发生空中停车120余起,初步分

析该型飞机所用的发动机空中停车的主要原因是:

①发动机空中停车多数发生在高空(H>18000m)低速飞行时。在这种飞行条件下,雷诺数很

小,压气机特性图的喘振边界线向右下方移动,使压气机喘振裕度减小,压气机抗畸变能力下降,这种情况下进入发动机的空气量和燃油流量都大

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大减小;②发动机和进气道匹配工作不完善;③发射武器时大量废气进入发动机,使发动机富油而熄火;④飞行员动作过猛,进气道流场畸变增大,导致压气机喘振而停车;⑤维护不当等其他原因。文献[5]中根据美国空军各业务公司的统计数据,飞机元件故障总数中属于机体(机身、机翼、尾翼、舱盖)方面的占15%;属于燃油、气压和液压方面的占50%～60%;属于无线电和电气设备方面的占25%～35%。由以上事实可以看出:飞机燃油系统一旦发生问题,就会造成不可估量的损失。但是燃油系统在飞机上是一个非常庞大而且复杂的系统,传统的分析方法只能针对燃油系统的部分进行分段研究,要对整个燃油系统进行建模分析,在理论上几乎是不可能的;同时要搭建整个燃油系统做试验,费用与时间周期都是不可估量的。因此,如何快速可靠建立整体燃油系统的数值模型,并研究整个管道系统中的流速和压力特性,性的设计要求,。

算已成为研发过程不可或缺的部分。

管路的功用是输送流体,为了保证流体输送中可能遇到的转向、调节、加速、升压、过滤、测量等需要,在管路上必须要装种种管路附件。经过这些装置时,流体运动受到扰乱,必然产生

[7]

压强(或水头、能量)损失,这种在管路局部范围内产生的局部损失将按照如下所示矩阵求解

:

图13个元件共用4,在元件两端标注有流量,对应与3个元件两端流量的表达式为;

111

元件1:m 12=a11P1+a12P2+a13

m 21=a21P1+a22P2+a23

12233

12233

12233

1　Flowmaster2软件以复杂流体管路系统整体为

(1)(2)(3)

研究对象,对管道系统总体建模分析,从而改进

和优化设计,在国外开展已经有近20年历史,并且已经成功开发了先进的流体系统仿真工具Flow2

[6]

master2。在BAESystems,LockheedMartin,EuropeanAeronauticDefenceandSpace,AirbusIn2tegratedCompany,Embraer,Honeywell,BellHeli2copterTextronandSikorskyAircraft等国际知名公司

元件2:m 32=a11P3+a12P2+a13

m 23=a21P3+a22P2+a23

元件3:m 42=a11P4+a12P2+a13

m 24=a21P4+a22P2+a23

i

其中:Pi为第i个节点的压力;m ij为第i个节点到第j个节点的流量;ajk为第i个节点的线性系数。整理3个元件的流量表达式(1)～(3),得到通过4个节点的流量表达式:

111

(4)m 21=a21P1+a22P2+a23

m 12+m32+m42=a11P1+(a12+a12+

1

1

2

的燃油/液压系统设计仿真中,对于燃油/液压系

统一体化设计和智能化设计,提高设计可靠性和提高设计周期发挥了积极作用。在我国,虽然飞机的燃油系统和液压系统的设计分析工作已经开展了很多年,在理论和实践中已经取得了许多成果。但是将燃油系统作为一个整体的管路系统进行整体的优化设计与仿真,在国内尚没有开展。大部分还是通过简单的设计计算和试验调整来进行。所做的试验一般有供油量调整,高压油管压力波测量分析,然后进行配机试验。通过对发动机性能分析,再做进一步的改进调整。可想而知,开发过程需要做大量的试验,并且要经过多次的反复。并且对于飞机的燃油系统更是开发周期长,资源耗费量大,经济效率较低。所以数值模拟计

　　a12)P2+a11P3+a11P4+a13+a13+a13

(5)

m 23=a22P2+a21P3+a23

23

23

23

321123

(6)(7)

m 24=a22P2+a21P4+a23

综合4个节点的流量表达式(4)～(7)得到如下求解矩阵:

a21a11

1

1

1

a22

a12+a

12+a12

a

22233

3

1

a11a

2212

a11

3

1P2P3P4

=

00

a3

a220

　第5期　　　　　　　　　　冯震宙　等:某型飞机燃油系统数值建模方法与仿真分析　67

m 21-a23

1

m 21+m32+m42-a13-a13-a13

1

2

3

m 23-a2

233

(8)

为整体油箱,机身内有4个油箱;为增大载油量,机身下可悬挂1个副油箱,左、右机翼下可各悬挂1个副油箱,必要时可弹射投放。

当然,为使飞机在不同的飞行状态下的重心始终保持在一定的范围内,使飞机获得较好的操纵安定性,某型飞机具有输油控制系统。随着飞机飞行高度的不断增加,为了提高油泵的高空性,使之在高空不产生气蚀,以及减少燃油的过量蒸发和为输油提供能源,就产生了通气增压系统。随着飞机吨位的不断增大,飞机的储油量也不断地增加,为了缩短飞机的再次出动的准备时间,飞机上增加 …… 此处隐藏：5760字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……