飛機(jī)燃油箱熱模型開發(fā)研究報(bào)告

熱模型開發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，梳理相關(guān)明確熱模型簡化方法，確定CXX飛機(jī)熱模熱模型開發(fā)背西北工業(yè)大學(xué)受中國飛機(jī)公司飛機(jī)委托進(jìn) 相關(guān)名詞定義及符號解名詞定符號解 熱阻，單位：K/W 特征長度，單位：m GrL格拉數(shù)，表達(dá)式：GrL=g*α*ΔT*L3/υ2CXX飛機(jī)燃油箱熱模型開發(fā)進(jìn)CXX飛機(jī)燃油箱熱模型開發(fā)思CXX飛機(jī)燃油箱熱模型開發(fā)過CXX飛機(jī)燃油系統(tǒng)簡號肋至右6號肋為翼油箱，6號肋外至22號肋為兩個(gè)機(jī)翼油箱，機(jī)翼油箱內(nèi)6轉(zhuǎn)子考慮，隔出一小部分作為干艙，不裝載燃油。翼油箱左、右1號肋超控泵同時(shí)打開，由于翼油箱超控泵壓力高于主油箱（機(jī)翼油箱）內(nèi)增壓泵的壓力，因此翼油箱的燃油先行消耗。翼油箱超控泵油壓低或關(guān)閉后，CXX飛機(jī)翼油箱采用復(fù)合材料構(gòu)成，所以需要惰化系統(tǒng)。惰化系統(tǒng)給CXX飛機(jī)油箱充入富氮?dú)怏w。惰化系統(tǒng)的富氮?dú)怏w分配系統(tǒng)把來自于機(jī)載圖 富氮?dú)怏w分配原理圖 CXX飛機(jī)左、右機(jī)翼油箱對稱布置，中部為翼油箱，所以在CXX飛機(jī)燃油箱熱模型搭建時(shí)，只針對飛機(jī)翼油箱縱向?qū)ΨQ面一側(cè)進(jìn)行熱分析即可。初期方法適用性ARJ21-700飛機(jī)燃油箱熱分析過程中，由于所使用的邊界條件是試驗(yàn)在進(jìn)行CXX飛機(jī)燃油箱熱分析時(shí)，由于沒有試驗(yàn)數(shù)據(jù)，需要將燃油箱熱分ARJ21-700飛機(jī)燃油箱熱分析過程中所使用的熱網(wǎng)絡(luò)法不再適用CXX飛機(jī)燃油箱的熱分析，需要對方法進(jìn)行改進(jìn)和修正，以使之能夠反映在CXX飛機(jī)燃油箱熱分析過程中的非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象?；K改ARJ21-700飛機(jī)燃油箱熱模型初期搭建過程中，根據(jù)燃油箱燃油量的多2.3所示：油箱中始終充滿燃油的集油箱；圖 飛機(jī)燃油箱分類示意燃油箱劃分好以后的每一塊稱為基元模塊。如圖2.4圖2.4節(jié)點(diǎn)，用于機(jī)翼油箱和翼油箱模型的搭建；滿油基元模塊表示燃油始終充滿2.5所示：圖 燃油箱單元體劃分示意2.6所示的基元模塊，油量的高度與2.6圖 節(jié)點(diǎn)單元側(cè)面積換算示意ARJ21-700基元體的整體分類不需要變化，只要在2.7所示，其中藍(lán)色代表壁面，橙色代表燃油，白色代表油氣。圖 改進(jìn)基元體的換熱關(guān)此時(shí)圖2.7中簡化的基元體中包含了4個(gè)節(jié)點(diǎn)，即：上壁面節(jié)點(diǎn)，下壁面節(jié)2.8所示：壁面邊 壁面邊壁面邊 壁面邊圖 改進(jìn)基元體換熱網(wǎng)絡(luò)示意計(jì)算方法改2.9所示。QQ QQ 圖 圖圖 兩種方法簡單換熱示意2.9(a)ARJ21-700飛機(jī)燃油箱熱分析中所使用的熱網(wǎng)絡(luò)法的簡化模型示意圖，其中上壁面溫度為TU、與燃油的對流換熱系數(shù)為hU、換熱面積為AU，下壁面溫度為TD、與燃油的對流換熱系數(shù)為hD、換熱面積為AD，燃油內(nèi)部熱源為Q，則最后達(dá)到平衡態(tài)時(shí)的能量守恒方程為：hUAhDACXX飛機(jī)燃油箱熱分析時(shí)，由于沒有給出壁面溫度，或者說，需要將邊界條件2.9(b)溫度為T0，飛機(jī)開始飛行后，外界溫度為T，分別對其上壁面、燃油、下壁面分別進(jìn)行熱分析：ρUCUVAAρDCDVAAρfueCfueVAA以上三個(gè)方程中TU、TD、Tfuel分別為待求的上壁面節(jié)點(diǎn)溫度、下壁面節(jié)點(diǎn)溫度和燃油節(jié)點(diǎn)溫度。初始條件：t=0時(shí)，TU=TD=TfuelT0。求解上述微分方程CXX飛機(jī)燃油箱隔艙在CXX根據(jù)以上分析將CXX6.2所示：肋~25#肋。其中，翼油箱機(jī)身內(nèi)部隔艙（取對稱面至1#肋）又劃分為前、中、后三個(gè)隔艙；翼油箱機(jī)身外部隔艙又劃分為1#肋~3#肋隔艙和3#肋~6#6#肋~7#肋隔艙、7#肋~8#8#肋~9#肋隔CXX飛機(jī)進(jìn)行燃油加油時(shí)，首先加注機(jī)翼油箱，待機(jī)翼油箱加滿以后再加注翼油箱，飛機(jī)起飛時(shí)，翼油箱中不一定是滿油的。在飛行過程中，CXX飛機(jī)燃油消耗順序可以簡化為：首先消耗翼油箱中的燃油，待翼油箱中的燃油只剩很少一層時(shí)，再消耗機(jī)翼油箱中的燃油圖 燃油油量計(jì)根據(jù)xxCXX選取的航程飛行時(shí)間較長，且包含了CXX飛機(jī)由起飛、至降落的全過程，燃油備用油：2872Kg總?cè)加停?4470各階段用油情況各階段用時(shí)情況03.4所示。ccba圖 特征長度示意2.10通常在一個(gè)航程中，翼油箱中的燃油首先被消耗，燃油量始終隨間變化，由于翼油箱形狀比較規(guī)則，可以簡化成為一個(gè)長方體，以根據(jù)翼油箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)和燃油消耗率可以計(jì)算出燃油高度，從2.1所示：H(t)=(V0-上式中：H為燃油高度，V0為初始時(shí)刻翼油箱中燃油油量，Q為燃油消耗率，t為時(shí)間，A為翼油箱底面積。AAQH圖 翼油箱簡化燃油消耗示意在翼油箱中的燃油消耗完畢之后，開始消耗機(jī)翼油箱中的燃油，一般飛機(jī)機(jī)翼存在上反角，而且機(jī)翼上壁面與和機(jī)翼下壁面與水平面3.6所示。若某時(shí)刻油面與上、下壁面的交點(diǎn)分別為M和N，則：XM=(Y-H1)/tanαXN=Y/則有：L(M+N)/2=XM- MN中點(diǎn)坐標(biāo)：X(M+N)/2=((Y-H1)/tanα+Y/tanβ)/2 (W(M+N)/2-Wn)/(W0-Wn)=(L-X SMN=X(M+N)/2· 在下一個(gè)微分時(shí)間內(nèi)，燃油液面降低為dY，則燃油消耗：Q·dt=-dY·SMN MNαMNN圖β俯視圖

L

W L圖 簡化的機(jī)翼側(cè)視圖和俯視需要特別的是在某個(gè)翼油箱隔艙或者某個(gè)機(jī)翼油箱隔艙中的燃油邊界條件計(jì)CXX飛機(jī)沒有飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，需要根據(jù)燃油箱所在飛機(jī)上的位置以及其周到輻射的影響此影響同樣不能忽略而由于飛行高度較高在飛機(jī)起飛后，在地面停機(jī)時(shí)，機(jī)身外燃油箱受到輻射和地面輻射的影響CXX飛機(jī)機(jī)身外部燃油箱外界邊界條件的選取可以參照《燃油箱外熱源與 對于CXX飛機(jī)，位于機(jī)身內(nèi)部的油箱，其上壁面與客艙下壁面位置很對于機(jī)身外部油箱的邊界15冊—生命保障和環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中的描述：在TS=TR=T*(1+γ*(k-當(dāng)湍流時(shí)：γ=Pr1/3,若取空氣Pr=0.7，k=1.4對于機(jī)身內(nèi)部燃油箱（左右1肋之間）的邊界：據(jù)，做以下處理：上壁面：客艙下壁板（可以初步定為26℃恒溫下壁面：鼓包區(qū)（包括惰化系統(tǒng)和空調(diào)制冷組件。在鼓包區(qū)和翼之間才能保證翼復(fù)材的溫度<80攝氏度。：：45.417前壁面：中部設(shè)備艙，又叫再循環(huán)風(fēng)扇艙，溫控區(qū)域（可以初步定為恒溫左側(cè)：翼油箱還包括機(jī)翼的1-6號肋之間的隔艙（但是這部分的油箱是鋁制的，只有機(jī)身下面的翼盒才是復(fù)材的。其中1#肋、6#肋、9#肋、13#肋、17#肋和22#肋的溫度計(jì)算因?yàn)樾枰c周圍CXX飛機(jī)燃油箱熱模型開發(fā)結(jié)/根據(jù)根據(jù)2.2節(jié)和2.3/

圖 2.14中，左側(cè)紅色實(shí)線框中的模塊為邊界條件的輸入以及惰化氣體溫度和輻射模塊，最下方為惰化氣體溫度的輸入。：右側(cè)藍(lán)色實(shí)線框中，從左至右依次為翼油箱機(jī)身內(nèi)部隔艙（對稱面至1#肋）子模塊、1#肋節(jié)點(diǎn)子模塊、翼油箱機(jī)身外部隔艙（1#肋~6#肋）子模：其中：翼油箱機(jī)身內(nèi)部隔艙（對稱面至1#肋）子模塊、翼油箱機(jī)（9#肋~22#肋）2.152.18如圖2.15所示，翼油箱機(jī)身內(nèi)部隔艙（對稱面至1#肋）子模塊中，最左側(cè)為其他模塊的輸入值；中部由上至下依次為翼油箱機(jī)身內(nèi)部隔艙的后、中、前隔艙子模塊；最右側(cè)由上至下依次為翼油箱機(jī)身內(nèi)部隔艙的后展向梁如圖2.16所示翼油箱機(jī)身外部隔（1#肋~6肋子模塊中最左1#肋3#3#肋~6#3#6#肋節(jié)點(diǎn)。6#肋~7#肋隔艙子模塊、7#肋~8#肋隔艙子模塊和8#肋~9#7#8#肋節(jié)點(diǎn)。2.18所示，機(jī)翼油箱（9#肋~22#肋）子模塊中，最上方為其他模塊的9#肋~13#13#肋~17#肋隔艙子模塊、17#肋~22#9#肋節(jié)點(diǎn)、13#肋節(jié)點(diǎn)、17#肋22#肋節(jié)點(diǎn)。對于每個(gè)子模塊中更加詳細(xì)具體的介紹見《CXX飛機(jī)燃油箱熱模型使用說圖 CXX飛機(jī)翼油箱機(jī)身內(nèi)部隔艙（對稱面至1#肋）子模圖 CXX飛機(jī)翼油箱機(jī)身外部隔艙（1#肋~6#肋）子模圖 圖 各階段模型完成情CXXARJ21-700飛機(jī)燃油箱熱模型修在其后的工作，進(jìn)行CXX飛機(jī)燃油箱熱模