基于SPH方法的飞机油箱燃油晃荡研究

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随着对空中运力需求量的不断提高,大型化必然是飞机未来发展的重要方向之一,我国也开始重点关注大飞机的研制进展。飞机大型整体油箱得到越来越广泛的运用,可以预见,随着油箱尺寸不断增加,燃油大幅晃荡将对飞行性能与油箱结构都造成很大影响,对飞机油箱燃油晃荡问题的研究具有重大的工程应用价值。SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法,即光滑质点流体动力学方法,是一种无网格技术,它最明显的特点是对自由边界剧烈变化的适应性,能够很好地处理具有自由表面大形变的流动问题。本文首先对SPH方法的基本理论进行研究,分析了该方法的计算思路,推导SPH方法的基本方程及其在液体晃荡问题中的推广应用。以三维矩形液舱中液体晃荡问题作为研究对象,基于SPH方法对该问题进行仿真计算,与试验结果比对后发现,仿真中液体晃荡频率及压力峰值与真实情况相近,能够真实模拟晃荡现象。进一步对加装阻尼板结构后的情况进行研究,发现阻尼板对液体晃荡的抑制作用明显。最后对不同充液比下液体晃荡进行仿真,发现相同加速度载荷条件下,不同充液比液体晃荡频率基本相同,大充液比液体晃荡对结构造成的冲击更严重。本文将SPH方法运用在飞机油箱燃油晃荡问题上,研究在有限域内由自由表面的波动所引起的整个液体的运动。建立了有效的燃油与油箱模型,可以比较准确地模拟燃油大幅晃荡问题中的水跃和飞溅等强非线性现象。初步探索了飞机油箱燃油晃荡问题的全新研究方法,为日后大型飞机油箱燃油晃荡这个工程问题奠定研究基础。
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