一种油箱结构瞬态温度场的模拟方法与流程

本发明涉及飞行器油箱结构设计技术，特别涉及一种油箱结构瞬态温度场的模拟方法。

背景技术：

高超声速飞行器油箱结构，在热载荷作用下，而引起油箱结构热变形，由于内部各部分之间相互约束无法实现自由膨胀或收缩，就会产生热应力。在温度变化剧烈的部分区域，热应力甚至与机械应力处于同一量级，对油箱结构的使用功能和结构安全性产生明显不利影响。因此，必须对高超声速飞行器的温度进行严格控制。

现有的cfd流体分析方法对流体的温度场分析精度较高，但在分析流体变化过程时分析周期长，效率低；热网格法分析速度较快，但对结构简化过多，无法获得油箱结构的温度场分布。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种油箱结构瞬态温度场的模拟方法，以快速高效地模拟高超声速飞行器在燃油消耗或流入过程中油箱结够的温度场。

本发明的技术方案是：

一种油箱结构瞬态温度场的模拟方法，包括以下步骤：

步骤1、建立油箱结构模型；

步骤2、将油箱结构内的燃油、空气简化为多个质量单元，通过对燃油消耗过程的分析，将燃油、空气按在竖直方向划分为多个层，每一层均包括燃油质量单元和空气质量单元；

步骤3、根据所述燃油质量单元和空气质量单元的分布情况建立所述燃油质量单元、空气质量单元以及油箱结构模型三者之间的对流换热单元，并设置对流换热单元的换热系数；

步骤4、应用生死单元法，通过控制燃油质量单元、空气质量单元和对流换热单元的生死，模拟油箱中燃油的消耗过程。

优选地，步骤1.2中按照燃油消耗速度确定燃油划分层数。

优选地，步骤1.4中的控制燃油、空气质量单元和对流换热单元的生死具体步骤为

每消耗一层的燃油，则杀死该层燃油质量单元，同时杀死与该燃油质量单元相关的对流换热单元和上一层的空气质量单元，并激活该层空气质量单元以及下一层的燃油质量单元，并激活与之相关的对流换热单元。

发明效果：

本发明的油箱结构瞬态温度场的模拟方法，在竖直方向上将燃油质量单元、空气质量单元划分为多个层，应用生死单元法，控制燃油、空气质量单元和对流换热单元的生死，以此来模拟油箱中燃油的消耗和流入过程。

附图说明

图1是本发明油箱模型换热示意图；

图2是本发明空气质量单元、燃油质量单元对流换热示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1和图2对本发明油箱结构瞬态温度场的模拟方法进一步详细说明。

本发明提供了一种油箱结构瞬态温度场的模拟方法，包括以下步骤：

第一步是根据油箱尺寸形状，厚度以及材料等参数并结合载荷分析建立油箱结构模型(4)。

第二步是将油箱结构内的燃油、空气简化为多个集总参数的质量单元，并通过对燃油消耗过程的分析，将燃油、空气燃油消耗速度在竖直方向划分为多个层，每一层均包括燃油质量单元(1)和空气质量单元(2)。

第三步是根据所述燃油质量单元(1)和空气质量单元(2)的分布情况建立所述燃油质量单元(1)、空气质量单元(2)以及油箱结构模型(4)三者之间的对流换热单元(3)，包括燃油质量单元(1)和空气质量单元(2)之间的对流换热单元(3)、燃油质量单元(1)和油箱结构模型(4)之间的对流换热单元(3)以及空气质量单元(2)和油箱结构模型(4)之间的对流换热单元(3)，并设置对流换热单元(3)的换热系数。本发明油箱结构模型(4)换热过程如图1所示，本发明空气质量单元(2)、燃油质量单元(1)以及对流换热单元(3)的示意结构如图2所示。

第四步是应用生死单元法，通过控制燃油质量单元(1)、空气质量单元(2)和对流换热单元(3)的生死，模拟油箱中燃油的消耗过程，每消耗一层的燃油，则杀死该层燃油质量单元(1)，同时杀死与该燃油质量单元相关的对流换热单元(3)和上一层的空气质量单元(2)，并激活该层空气质量单元(2)以及下一层的燃油质量单元(1)，并激活与之相关的对流换热单元(3)。

进一步，利用上述模拟方法进行油箱模拟实验，并应用optimus参数优化软件，依据试油箱模拟验的结果对不确定的对流换热系数进行参数反求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

技术总结
一种油箱结构瞬态温度场的模拟方法，首先，建立油箱结构模型；其次，将油箱结构内的燃油、空气简化为多个质量单元，通过对燃油消耗过程的分析，将燃油、空气按空间竖直方向划分为多个层，每一层均包括燃油质量单元和空气质量单元；然后建立燃油质量单元、空气质量单元以及油箱结构模型三者之间的对流换热单元；最后应用生死单元法，通过控制燃油质量单元、空气质量单元和对流换热单元的生死，模拟油箱中燃油的消耗和流入过程。

技术研发人员：李鹏飞;强博;魏衍强;郑涵天;穆泉旭
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
技术研发日：2018.07.18
技术公布日：2019.01.01