一种飞行器燃油系统重心位置的数字化实时确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及飞行器燃油系统重心确定技术领域，具体涉及一种飞行器燃油系统重 心位置的数字化实时确定方法。
【背景技术】
[0002] 飞行器飞行过程中，飞行姿态的变化会引起飞行器燃油系统的晃动，燃油晃动改 变了燃油的重心，进而引起全机重心分布的变化。快速、实时获取飞行器燃油重心位置的变 化，确定全机重心分布对操控飞行器飞行稳定性至关重要。常规采用计算流体动力学求解 飞行器燃油晃动的方法，在求解燃油控制方程时需要划分计算网格，而实际燃油晃动时其 自由液面极其不规则，甚至会发生破碎、飞溅，引起网格畸变，最终导致计算终止。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种飞行器燃油系统重心位 置的数字化实时确定方法，提高了燃油系统重心位置的实时解算效率和精度。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0005] -种飞行器燃油系统重心位置的数字化实时确定方法，包括以下步骤：
[0006] 1)根据飞行器燃油系统贮油箱的实际结构尺寸，即总长、总宽、总高构建贮油箱结 构的数字化模型，此模型限定了燃油空间运动界限；
[0007] 2)获取贮油箱内的燃油油量信息和初始时刻燃油液位信息；
[0008] 3)将贮油箱内的连续性燃油粒子化近似与离散成一系列具有独立质量的相互作 用的燃油粒子，这些燃油粒子即为后续的解算对象，燃油粒子所占据的空间即为后续的粒 子化燃油数字计算域；
[0009] 4)施加粒子化燃油数字计算域的边界条件；
[0010] 5)基于飞行器飞行姿态，确定燃油系统运动参数；
[0011] 6)实时解算粒子化燃油系统数字计算模型，即燃油粒子控制方程；
[0012] 7)实时解算燃油系统重心位置坐标（xt，yt，zt);
[0013] 8)最终获取燃油系统重心位置坐标（xt，yt，zt)随时间的变化曲线。
[0014] 所述的步骤3)中连续性燃油粒子化近似与离散，包含以下步骤：
[0015] 3. 1)采用光滑核函数对描述燃油特性的连续函数，即N-S方程进行核近似；
[0016] 具体为采用下式对描述燃油特性的连续函数f(x)进行核近似：
[0017]
[0018] 其中，W为任一光滑核函数，h为决定光滑核函数支持域尺寸的光滑长度，x为核 函数中心点燃油粒子的空间坐标，X'为燃油粒子x的支持域内其他任一燃油粒子的空间坐 标，Q为燃油粒子x的支持域，即粒子化燃油数字计算域；
[0019]3. 2)应用粒子近似对核近似方程进行近似估算，方法是采用核函数支持域内所有 粒子相关值的叠加求和取代核近似方程中相对应的积分项；
[0020] 具体是将粒子j处的无穷小体元dx'用粒子j的体积AI代替，实现方程的粒子 化近似，则函数f(x)经过粒子化近似后的表达式为：
[0021]
[0022] 其中，N为离散后燃油粒子的总数，
[0023] 若粒子j的密度为P」，则粒子j的质量叫=P』?AVj，
[0024] 函数f(x)进一步修改为
1则粒子i处描述燃油特性 的连续函数f(x)的粒子化近似表达式为：
[0025]
[0026] 所述的步骤4)中施加粒子化燃油数字计算域的边界条件，具体包括燃油粒子空 间运动界限边界的施加和燃油自由液面边界的判定，具体为：
[0027] 针对燃油粒子空间运动界限边界的施加，具体方法为：一种是在运动界限处设置 一组虚粒子，借助虚粒子对邻近运动界限的真实粒子产生的排斥力来阻止真实粒子穿透运 动界限；另一种是在运动界限外部设置镜像粒子，镜像粒子与内部真实粒子关于运动界限 对称，镜像粒子与真实粒子速度相反，通过施加压力梯度防止真实粒子穿越运动界限；
[0028] 针对燃油自由液面边界的判定，具体方法为：一种是因自由液面处的粒子密度是 通过周围粒子密度的加权平均确定的，若某一粒子的密度小于实际粒子密度，则认定该粒 子位于自由液面，并将该粒子密度强制等于实际粒子密度；另一种方法是若某一粒子支持 域内的粒子数量小于内部粒子相同尺度支持域内的粒子数量，则认定该粒子位于自由液 面。
[0029] 所述的步骤7)中实时解算燃油系统重心位置坐标（xt，yt，zt)，任一t时刻燃油系 统的重心空间位置的三维坐标（xt，yt，zt)分别由以下公式确定：
[0030]
[0031] 其中，X;，y;，别为燃油粒子i在t时刻的坐标;m;为燃油粒子i的质量；N为 燃油粒子数目。
[0032] 本发明的有益效果：本发明依次对描述燃油特性的连续函数进行核近似和粒子近 似，将连续燃油离散化成一系列具有独立质量的相互作用的燃油粒子，通过解算燃油粒子 控制方程，获取所有燃油粒子的空间坐标，进而解算出燃油系统重心位置的空间坐标，连续 燃油经粒子化近似和离散后，解算过程无需划分计算网格，避免了网格畸变问题，解算效率 高、精度好。
【附图说明】
[0033] 图1是油箱内部连续燃油粒子化近似和离散示意图，其中图1(a)为粒子化近似和 离散前的示意图，其中图1(b)为粒子化近似和离散后的示意图。
[0034] 图2是虚粒子法定义空间运动界限边界示意图。
[0035] 图3是镜像粒子法定义空间运动界限边界示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0037] -种飞行器燃油系统重心位置的数字化实时确定方法，包括以下步骤：
[0038] 1)根据飞行器燃油系统贮油箱的实际结构尺寸，即总长、总宽、总高构建贮油箱结 构的数字化模型，此模型即限定了燃油空间运动界限；
[0039] 2)获取贮油箱内的燃油油量信息和初始时刻燃油液位信息，如图1 (a)所示；
[0040] 3)将贮油箱内的连续性燃油粒子化近似与离散成一系列具有独立质量的相互作 用的燃油粒子，这些燃油粒子即为后续的解算对象，燃油粒子所占据的空间即为后续的粒 子化燃油数字计算域，如图1(b)所示；
[0041] 连续性燃油粒子化近似与离散，包含以下步骤：
[0042]3. 1)采用光滑核函数对描述燃油特性的连续函数，即N-S方程进行核近似；
[0043] 具体为采用下式对描述燃油特性的连续函数f(x)进行核近似：
[0044]
[0045] 其中，W为任一光滑核函数，h为决定光滑核函数支持域尺寸的光滑长度，x为核 函数中心点燃油粒子的空间坐标，X'为燃油粒子x的支持域内其他任一燃油粒子的空间坐 标，Q为燃油粒子x的支持域，即粒子化燃油数字计算域；
[0046] 3. 2)应用粒子近似对核近似方程进行近似估算，方法是采用核函数支持域