大过载机动飞行飞机油箱晃动流固耦合动力学分析
发布时间：2022-08-08 16:56
飞机油箱内燃油在油箱壁面的运动下将发生晃动,晃动的燃油又冲击油箱壁面使壁面发生变形,这种飞机油箱壁面与燃油晃动相互耦合的问题便是飞机油箱晃动问题,是典型的流固耦合问题。飞机油箱晃动问题对飞机油箱结构的安全性和飞行操控性都有着重大影响,尤其在飞机执行空间机动飞行时,机动过程中飞机将产生大过载,油箱在承受燃油晃动冲击的同时还承受大过载惯性力的作用,这种情况下的飞机油箱晃动问题更加复杂,因此对机动飞行过程中的飞机油箱晃动流固耦合问题进行研究具有重要意义。飞机油箱晃动流固耦合问题在求解燃油晃动流场特征的同时还要求解油箱结构的动态响应,涉及到流体和固体的求解,考虑到计算流体力学在求解流体特征方面的优势和有限元法在求解固体响应方面的特长,本文联合有限元软件ABAQUS与计算流体力学软件Star-CCM+进行大过载机动飞行过程中的飞机油箱晃动流固耦合动力学分析,以某型飞机整体油箱为研究对象对半滚倒转和正常盘旋两种机动飞行下的燃油晃动特征和油箱结构响应进行了相应探究。经过对计算方法的验证和对比,证明本文方法可用于飞机油箱晃动流固耦合问题的研究,并且采用单向流固耦合方法更为合适。半滚倒转油箱晃动分析结果...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 液体晃动问题
1.2.2 液体晃动理论研究
1.2.3 液体晃动实验研究
1.2.4 液体晃动数值研究
1.2.5 油箱晃动流固耦合研究
1.3 本文研究内容
第二章 油箱晃动流固耦合分析基础
2.1 流体控制方程
2.1.1 连续性方程
2.1.2 动量方程
2.1.3 能量方程
2.2 固体控制方程
2.2.1 固体运动基本方程
2.2.2 动力学方程
2.3 液固交界面
2.4 湍流模型
2.4.1 雷诺平均纳维斯托克斯方程
2.4.2 雷诺平均纳维斯托克斯模型
2.5 流体体积法
2.6 本章小结
第三章 算法验证及整体油箱模型
3.1 算法简介
3.1.1 联合仿真
3.1.2 单向和双向流固耦合
3.2 算法验证
3.2.1 验证模型建立
3.2.2 结果对比
3.2.3 算法验证小结
3.3 整体油箱模型
3.3.1 几何模型
3.3.2 结构域模型
3.3.3 流体域模型
3.4 本章小结
第四章 半滚倒转飞机油箱晃动分析
4.1 模型建立
4.1.1 边界条件
4.1.2 网格无关性分析
4.1.3 计算模型
4.2 流体域分析
4.2.1 燃油晃动形态
4.2.2 流场压力
4.3 结构域分析
4.3.1 蒙皮受力
4.3.2 蒙皮应变
4.3.3 框架应力
4.3.4 位移
4.4 充液率的影响
4.4.1 流场
4.4.2 结构
4.5 本章小结
第五章 正常盘旋飞机油箱晃动分析
5.1 模型建立
5.1.1 计算模型
5.1.2 边界条件
5.2 流体域分析
5.3 结构域分析
5.3.1 蒙皮受力
5.3.2 蒙皮应变
5.3.3 框架应力
5.3.4 位移
5.4 充液率的影响
5.4.1 流场
5.4.2 结构
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 后续工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]运动容器内液体大幅非线性晃动实验研究[J]. 张海涛,孙蓓蓓,陈建栋,薛飞. 东南大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]无人机发射过程燃油晃动分析[J]. 王力,谢辉,张琳. 航空科学技术. 2016(01)
[3]导弹油箱燃油晃动仿真分析[J]. 唐浩,徐建,朱建辉,童明波. 无线互联科技. 2015(03)
[4]汽车罐车横向运动液体晃动动力学特性模拟[J]. 赵树恩,赵灵鹤. 应用数学和力学. 2014(11)
[5]运动罐体内液体晃动的双向流固耦合数值分析[J]. 刘小民,王星,许运宾. 西安交通大学学报. 2012(05)
[6]飞机副油箱液体晃动动力学分析[J]. 刘富,童明波,赵宏韬. 航空计算技术. 2011(03)
[7]部分充液罐车动力学特性的数值模拟与分析[J]. 刘小民,许运宾. 西安交通大学学报. 2011(06)
[8]半球形容器中液体自由晃动非线性现象的实验研究[J]. 王为,夏恒新,李俊峰,高云峰. 清华大学学报(自然科学版). 2008(11)
[9]流固耦合应用研究进展[J]. 郭术义,陈举华. 济南大学学报(自然科学版). 2004(02)
[10]液固耦合系统中液体的有限幅晃动力及晃动力矩[J]. 苟兴宇,李铁寿,马兴瑞,王本利. 应用数学和力学. 2001(05)
硕士论文
[1]基于ALE有限元法的飞机整体油箱燃油晃动特性研究[D]. 杨瑞.哈尔滨工业大学 2016
[2]飞机油箱晃动流固耦合动力学研究[D]. 黄愉太.华南理工大学 2015
本文编号：3671883
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 液体晃动问题
1.2.2 液体晃动理论研究
1.2.3 液体晃动实验研究
1.2.4 液体晃动数值研究
1.2.5 油箱晃动流固耦合研究
1.3 本文研究内容
第二章 油箱晃动流固耦合分析基础
2.1 流体控制方程
2.1.1 连续性方程
2.1.2 动量方程
2.1.3 能量方程
2.2 固体控制方程
2.2.1 固体运动基本方程
2.2.2 动力学方程
2.3 液固交界面
2.4 湍流模型
2.4.1 雷诺平均纳维斯托克斯方程
2.4.2 雷诺平均纳维斯托克斯模型
2.5 流体体积法
2.6 本章小结
第三章 算法验证及整体油箱模型
3.1 算法简介
3.1.1 联合仿真
3.1.2 单向和双向流固耦合
3.2 算法验证
3.2.1 验证模型建立
3.2.2 结果对比
3.2.3 算法验证小结
3.3 整体油箱模型
3.3.1 几何模型
3.3.2 结构域模型
3.3.3 流体域模型
3.4 本章小结
第四章 半滚倒转飞机油箱晃动分析
4.1 模型建立
4.1.1 边界条件
4.1.2 网格无关性分析
4.1.3 计算模型
4.2 流体域分析
4.2.1 燃油晃动形态
4.2.2 流场压力
4.3 结构域分析
4.3.1 蒙皮受力
4.3.2 蒙皮应变
4.3.3 框架应力
4.3.4 位移
4.4 充液率的影响
4.4.1 流场
4.4.2 结构
4.5 本章小结
第五章 正常盘旋飞机油箱晃动分析
5.1 模型建立
5.1.1 计算模型
5.1.2 边界条件
5.2 流体域分析
5.3 结构域分析
5.3.1 蒙皮受力
5.3.2 蒙皮应变
5.3.3 框架应力
5.3.4 位移
5.4 充液率的影响
5.4.1 流场
5.4.2 结构
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 后续工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]运动容器内液体大幅非线性晃动实验研究[J]. 张海涛,孙蓓蓓,陈建栋,薛飞. 东南大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]无人机发射过程燃油晃动分析[J]. 王力,谢辉,张琳. 航空科学技术. 2016(01)
[3]导弹油箱燃油晃动仿真分析[J]. 唐浩,徐建,朱建辉,童明波. 无线互联科技. 2015(03)
[4]汽车罐车横向运动液体晃动动力学特性模拟[J]. 赵树恩,赵灵鹤. 应用数学和力学. 2014(11)
[5]运动罐体内液体晃动的双向流固耦合数值分析[J]. 刘小民,王星,许运宾. 西安交通大学学报. 2012(05)
[6]飞机副油箱液体晃动动力学分析[J]. 刘富,童明波,赵宏韬. 航空计算技术. 2011(03)
[7]部分充液罐车动力学特性的数值模拟与分析[J]. 刘小民,许运宾. 西安交通大学学报. 2011(06)
[8]半球形容器中液体自由晃动非线性现象的实验研究[J]. 王为,夏恒新,李俊峰,高云峰. 清华大学学报(自然科学版). 2008(11)
[9]流固耦合应用研究进展[J]. 郭术义,陈举华. 济南大学学报(自然科学版). 2004(02)
[10]液固耦合系统中液体的有限幅晃动力及晃动力矩[J]. 苟兴宇,李铁寿,马兴瑞,王本利. 应用数学和力学. 2001(05)
硕士论文
[1]基于ALE有限元法的飞机整体油箱燃油晃动特性研究[D]. 杨瑞.哈尔滨工业大学 2016
[2]飞机油箱晃动流固耦合动力学研究[D]. 黄愉太.华南理工大学 2015
本文编号：3671883
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3671883.html
