基于ALE有限元法的飞机整体油箱燃油晃动特性研究

发布时间：2017-08-14 12:01

  本文关键词：基于ALE有限元法的飞机整体油箱燃油晃动特性研究

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【摘要】：飞机整体油箱能充分利用飞机内部的剩余空间,在增大飞机载油量的情况下,尽量少的增加飞机的质量。整体油箱拥有的这一重大优势,使得整体油箱的应用越来越广泛。飞机整体油箱包括机身整体油箱和机翼整体油箱。整体油箱的外形和结构复杂,使得整体油箱中油液晃动问题的求解变得十分困难。随着航空工业的不断发展,飞机在具备大航程、高承载能力等性能的同时,还必须达到人们不断提高的对安全性和舒适度的要求。飞机油箱中油液的晃动对飞机的多种性能都有一定的影响。飞机油箱中的油液晃动问题已成为航空工作者需要高度重视的问题。因此,寻找适当的方法对飞机整体油箱中的油液晃动问题进行分析和研究是一项很有意义和价值的工作。本文采用ALE有限元法来完成对飞机整体油箱中液体晃动问题的数值模拟计算。该算法采用ALE描述方法建立了液体晃动问题的控制方程,并应用有限元法完成了对流体域和固体域的离散。本文首先采用试验方法研究了水箱中液体的晃动,并将试验结果与ALE有限元法的计算结果进行了对比,证明了ALE有限元法应用于液体晃动问题时具有很好的准确性。在此基础上,本文分别以立方体容器、真实的机身油箱和机翼油箱为研究对象,采用ALE有限元法对容器中液体的晃动进行了数值模拟计算并对数值模拟结果进行了分析。在立方体容器方面,本文利用数值模拟结果研究了充液率、外加激励的频率和幅值对容器中液体晃动的影响。在机身油箱方面,本文利用数值模拟结果研究了挡板的位置、形状和尺寸参数对油液晃动的影响,并对不同参数下挡板的减晃机理进行了分析,进而确定了上油箱和下油箱的减晃方案。在机翼油箱方面,本文利用数值模拟结果研究了油液在多腔容器中的液体晃动特性。此外,本文还对机翼油箱在油液晃动过程中的应力和应变进行了求解和分析。分析结果表明:充液率和肋板减重孔都对机翼油箱中油液的晃动有十分显著的影响。本文的研究成果证明了ALE有限元法能清晰、准确的模拟出飞机整体油箱中液体的晃动。通过上述数值模拟计算与分析,本文得到了油箱运动、充液率以及挡板参数对容器中液体晃动的影响,还得到了机翼油箱中的液体晃动特性。研究结果对飞机整体油箱的设计和分析有一定的借鉴价值。
【关键词】：ALE有限元法 飞机整体油箱 液体晃动 减晃挡板
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V228.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-15
• 1.2.1 理论方法11
• 1.2.2 试验方法11-12
• 1.2.3 数值方法12-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 第2章 液体晃动理论及ALE有限元法16-27
• 2.1 引言16
• 2.2 液体晃动理论16-18
• 2.3 液体晃动问题的ALE描述方法18-21
• 2.3.1 ALE描述下的流体动力学方程19-20
• 2.3.2 ALE网格的速度确定及网格更新20-21
• 2.4 液体晃动问题的ALE有限元方法21-22
• 2.5 LS-DYNA中的ALE有限元方法22-26
• 2.5.1 平滑算法23-24
• 2.5.2 对流算法24-25
• 2.5.3 流体-固体耦合算法25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 方法准确性验证及液体晃动分析27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 晃动试验设计及方法准确性的验证27-30
• 3.2.1 试验平台的方案设计27-28
• 3.2.2 试验平台设计28-29
• 3.2.3 ALE有限元法准确性的验证29-30
• 3.3 简单容器中的液体晃动分析30-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 机身油箱油液晃动分析及减晃研究37-60
• 4.1 引言37
• 4.2 机身油箱有限元模型的建立37-38
• 4.3 机身油箱在简单工况下的油液晃动分析38-43
• 4.4 机身油箱的油液减晃研究43-58
• 4.4.1 液体的晃动能量分析43-45
• 4.4.2 减晃措施的减晃机理45-46
• 4.4.3 挡板在不同参数下的油液减晃研究46-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第5章 机翼油箱内的油液晃动分析60-73
• 5.1 引言60
• 5.2 机翼油箱有限元模型的建立60-61
• 5.3 机翼油箱在简单工况下的油液晃动分析61-65
• 5.4 机翼油箱在真实工况下的油液晃动分析65-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-80
• 致谢80

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本文编号：672526