一种航空轮胎瞬态温度场的确定方法、系统及电子设备与流程

本发明涉及航空轮胎，特别是涉及一种航空轮胎瞬态温度场的确定方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、航空轮胎，又称飞机轮胎，是飞机上与地面接触的唯一部件，对飞机在起飞/降落-滑行过程中的安全具有重要意义。然而由于较大的变形以及较高的速度，航空轮胎在滚转过程中将产生大量的热量，导致其温度显著升高(最高可达150℃以上)。这种高温是造成航空轮胎发生脱层、爆破等失效的关键影响因素。因此，求解航空轮胎在起飞、着陆以及滑行等真实工况下的温度场对于认识航空轮胎的失效以及对航空轮胎的结构和材料优化均具有重要意义。由于航空轮胎具有复杂的结构，借助试验的手段难以获得航空轮胎在使用工况下的全局温度场。

2、常规的航空轮胎温度场求解方法大多来源于汽车轮胎等地面轮胎，均为轮胎在稳态滚动状态下的稳态温度场的求解，即认为轮胎在相同的速度和载荷作用下持续滚动直至整个轮胎的生热与散热达到平衡，实现动态平衡(稳态)的温度分布情况。汽车轮胎在真实工况下多为恒速、恒载的长距离滚动，因此其内部的温度可以实现动态平衡。因此，稳态温度场的计算结果接近于真实工况下的温度场。一方面，航空轮胎在真实工况包括起飞-滑行与着陆-滑行，其载荷随着飞机的加速/减速而变化。另一方面，航空轮胎起飞-滑行与着陆-滑行的时间有限，轮胎内部的温度场远远没有达到平衡。因此，稳态温度场的计算结果与航空轮胎真实工况下的温度场存在较大的差异。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种航空轮胎瞬态温度场的确定方法、系统及电子设备，能够有效获取航空轮胎在真实工况下的瞬态温度场的分布情况。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种航空轮胎瞬态温度场的确定方法，所述确定方法包括：

4、构建目标航空轮胎的几何模型；

5、基于所述目标航空轮胎的几何模型，计算相邻工作阶段之间的阶段节点处的应力和应变场；所述阶段节点为所述工作阶段发生变化时的临界点；所述工作阶段为匀速阶段、匀加速阶段或者匀减速阶段；所述匀速阶段为连续的匀速状态组成的阶段，所述匀加速阶段为连续的匀加速状态组成的阶段，所述匀减速阶段为连续的匀减速状态组成的阶段；

6、根据一个滚动周期内的所有阶段节点处的应力和应变场，计算一个滚动周期内所述目标航空轮胎的二维模型断面的应力变化曲线和应变场变化曲线；所述一个滚动周期包括匀速阶段、匀加速阶段和匀减速阶段；

7、根据应力变化曲线和应变场变化曲线，计算一个滚动周期内的各阶段节点处的生热率，并根据所有阶段节点处的生热率确定整个工况下的生热率曲线；所述整个工况包括多个滚动周期；

8、根据所述整个工况下的生热率曲线、预设边界条件和传热控制方程，计算所述目标航空轮胎的整个工况下的瞬态温度场；所述边界条件包括轮辋热传导边界条件和外轮廓热对流边界条件；所述轮辋热传导边界条件为预设轮辋实时温度变化曲线；所述外轮廓热对流边界条件为所述目标航空轮胎表面的热对流扩散系数曲线。

9、可选地，根据应力变化曲线和应变场变化曲线，计算一个滚动周期内的各阶段节点处的生热率，并根据所有阶段节点处的生热率确定整个工况下的生热率曲线，具体包括：

10、利用傅里叶变换分别将所述应力变化曲线和所述应变场变化曲线进行分解，得到应力变化曲线关于时间的谐函数和应变场变化曲线关于时间的谐函数；

11、根据一个滚动周期内各阶段节点处对应时间，分别确定所述应力变化曲线关于时间的谐函数和应变场变化曲线关于时间的谐函数在各阶段节点处的值；

12、根据所述应力变化曲线关于时间的谐函数和应变场变化曲线关于时间的谐函数在各阶段节点处的值，应用橡胶材料的耗散能计算公式，计算对应各阶段节点处的生热率；

13、根据所述一个滚动周期内各阶段节点处的生热率，得到整个工况下生热率曲线。

14、可选地，应用有限元分析方法计算所述目标航空轮胎的整个工况的瞬态温度场

15、可选地，应用有限元分析方法计算阶段节点处的应力和应变场。

16、可选地，应用第三类边界条件计算所述目标航空轮胎表面在阶段节点处的热对流扩散系数，得到所述目标航空轮胎表面在整个工况下的热对流扩散系数曲线。

17、一种航空轮胎瞬态温度场的确定系统，应用上述的航空轮胎瞬态温度场的确定方法，所述确定系统包括：

18、第一构建模块，用于构建目标航空轮胎的几何模型；

19、第一计算模块，用于基于所述目标航空轮胎的几何模型，计算相邻工作阶段之间的阶段节点处的应力和应变场；所述阶段节点为所述工作阶段发生变化时的临界点；所述工作阶段为匀速阶段、匀加速阶段或者匀减速阶段；所述匀速阶段为连续的匀速状态组成的阶段，所述匀加速阶段为连续的匀加速状态组成的阶段，所述匀减速阶段为连续的匀减速状态组成的阶段；

20、第二计算模块，用于根据一个滚动周期内的所有阶段节点处的应力和应变场，计算一个滚动周期内所述目标航空轮胎的二维模型断面的应力变化曲线和应变场变化曲线；所述一个滚动周期包括匀速阶段、匀加速阶段和匀减速阶段；

21、第三计算模块，用于根据应力变化曲线和应变场变化曲线，计算一个滚动周期内的各阶段节点处的生热率，并根据所有阶段节点处的生热率确定整个工况下的生热率曲线；所述整个工况包括多个滚动周期；

22、第四计算模块，用于根据所述整个工况下的生热率曲线、预设边界条件和传热控制方程，计算所述目标航空轮胎的整个工况下的瞬态温度场；所述边界条件包括轮辋热传导边界条件和外轮廓热对流边界条件；所述轮辋热传导边界条件为预设轮辋实时温度变化曲线；所述外轮廓热对流边界条件为所述目标航空轮胎表面的热对流扩散系数曲线。

23、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的航空轮胎瞬态温度场的确定方法。

24、可选地，所述存储器为可读存储介质。

25、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

26、在航空轮胎温度场的求解过程中，主要包括航空轮胎几何模型建立、材料及部件属性、边界条件设置、应力和应变场求解、生热率计算以及温度场求解等主要环节。其中，航空轮胎真实工况瞬态温度场求解过程中几何模型建立与材料及部件属性定义均与稳态温度场的求解过程相同。航空轮胎几何模型的建立基于航空轮胎的具体结构，首先顺应骨架材料排布走势对橡胶部件进行网格划分，随后依据橡胶部件的网格对骨架材料划分；针对速度和载荷将航空轮胎整个工况过程划分出不同的阶段，包括：匀速阶段、匀加速极端或匀减速阶段等。首先，基于划分处的不同阶段，分别计算求解不同阶段节点处的应力和应变场，为后续生热率的计算提供数据基础。其次，在力场求解结果中提取二维断面所有网格的应力、应变在整个滚动周期内的变化曲线，计算获得阶段节点处的生热率分布情况。随后，将不同阶段节点的生热率线性连接，从而获得整个工况下的生热率变化历程曲线。此外，航空轮胎真实工况下的边界条件建立主要包括了轮辋热传导边界条件以及外轮廓热对流边界条件。其中，轮辋热传导边界条件依据由于刹车热等造成轮辋实时温度变化曲线；而外轮廓热对流边界条件的关键是轮胎不同位置表面的热对流扩散系数，其数值与轮胎表面不同位置的半径、线速度以及滚转角速度有关。同样地，在计算航空轮胎外轮廓热对流扩散系数时基于整个工况中的阶段划分，求解阶段节点处不同位置表面的流扩散系数数值，并用线性代替获得整个过程中的热对流扩散系数变化曲线。最后，基于生热率及边界条件变化曲线，求解整个工况历程的瞬态温度场。