CN108090261A - 一种直升机燃油系统抗坠毁设计方法 - Google Patents

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陈静
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Abstract

本发明公开了一种直升机燃油系统抗坠毁设计方法。所述直升机燃油系统抗坠毁设计方法包括如下步骤：步骤1：建立燃油系统仿真模型，所述燃油系统包括油箱舱、软油箱、燃油或者水、易断连接件、附件板以及保护泡沫；步骤2：对各单元材料参数依据材料实际参数进行设置；步骤3：边界及接触定义；步骤4：通过计算结果与试验结果对比，修正燃油系统抗坠毁仿真分析有限元模型的基本参数。本申请的直升机燃油系统抗坠毁设计方法可大大减少直升机燃油系统抗坠毁试验的工作量，缩短设计周期，产生巨大的经济效益。

Description

一种直升机燃油系统抗坠毁设计方法
技术领域
本发明涉及直升机燃油系统抗坠毁设计分析技术领域，特别是涉及一种直升机燃油系统抗坠毁设计方法。
背景技术
在直升机坠毁事故发生时，几乎所有的着火是由坠毁造成的燃油泄漏引起的。在大多数可生存事故中，抗坠毁燃油系统可以防止坠毁着火或推迟着火，从而保证有足够长的时间允许乘员逃生。在直升机燃油系统抗坠毁设计中仿真分析至关重要。
现有技术的直升机燃油系统抗坠毁方面的研究以试验为主，主要采用跌落测试法，存在设计周期长，试验经费高，设计更改复杂等缺点。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直升机燃油系统抗坠毁设计方法来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种直升机燃油系统抗坠毁设计方法，所述直升机燃油系统抗坠毁设计方法包括如下步骤：
步骤1：建立燃油系统仿真模型，所述燃油系统包括油箱舱、软油箱、燃油或者水、易断连接件、附件板以及保护泡沫；其中，
油箱舱及软油箱采用壳单元进行建模；保护泡沫采用体单元进行建模；易断连接件简化为1D单元；燃油或者水采用SPH粒子进行模拟；地面采用刚性墙模拟；
步骤2：对各单元材料参数依据材料实际参数进行设置；
步骤3：边界及接触定义；
步骤4：通过计算结果与试验结果对比，修正燃油系统抗坠毁仿真分析有限元模型的基本参数。
优选地，所述步骤1具体为：壳单元平均尺寸为10mm，四边形单元和三角形单元最小单元尺寸均为5mm；单元为四边形单元和/或三角形单元，其中，三角形单元的数量不超过单元总数的8％；结构规则区域采用六面体网格，几何结构区域采用四面体网格；燃油或者水用SPH粒子数值模拟，SPH粒子分布在均匀的网格上。
优选地，所述步骤3具体为：约束地面刚性墙的6个自由度，同时为燃油系统整体施加重力加速度；
接触定义刚性墙和油箱舱的接触，刚性墙为接触主面单元，油箱舱为接触从点；
接触定义SPH粒子和燃油箱的接触，燃油箱为接触主面单元，SPH粒子为接触从点；
燃油系统本身定义自接触；
接触类型选择基于罚函数法的Type 7接触类型。
优选地，所述燃油系统抗坠毁仿真分析有限元模型的基本参数包括节点的位移、转动；单元的应力、应变以及应变能。
本申请的直升机燃油系统抗坠毁设计方法可大大减少直升机燃油系统抗坠毁试验的工作量，缩短设计周期，产生巨大的经济效益。
附图说明
图1是本申请第一实施例的直升机燃油系统抗坠毁设计方法的流程示意图。
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作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。
图1是本申请第一实施例的直升机燃油系统抗坠毁设计方法的流程示意图。
如图1所示的直升机燃油系统抗坠毁设计方法包括如下步骤：
步骤1：建立燃油系统仿真模型，所述燃油系统包括油箱舱、软油箱、燃油或者水、易断连接件、附件板以及保护泡沫；其中，
油箱舱及软油箱采用壳单元进行建模；保护泡沫采用体单元进行建模；易断连接件简化为1D单元；燃油或者水采用SPH粒子进行模拟；地面采用刚性墙模拟；
步骤2：对各单元材料参数依据材料实际参数进行设置；
步骤3：边界及接触定义；
步骤4：通过计算结果与试验结果对比，修正燃油系统抗坠毁仿真分析有限元模型的基本参数。
优选地，所述步骤1具体为：壳单元平均尺寸为10mm，四边形单元和三角形单元最小单元尺寸均为5mm；单元为四边形单元和/或三角形单元，其中，三角形单元的数量不超过单元总数的8％；结构规则区域采用六面体网格，几何结构区域采用四面体网格；燃油或者水用SPH粒子数值模拟，SPH粒子分布在均匀的网格上。
优选地，所述步骤3具体为：约束地面刚性墙的6个自由度，同时为燃油系统整体施加重力加速度；
接触定义刚性墙和油箱舱的接触，刚性墙为接触主面单元，油箱舱为接触从点；
接触定义SPH粒子和燃油箱的接触，燃油箱为接触主面单元，SPH粒子为接触从点；
燃油系统本身定义自接触；
接触类型选择基于罚函数法的Type 7接触类型。
优选地，所述燃油系统抗坠毁仿真分析有限元模型的基本参数包括节点的位移、转动；单元的应力、应变以及应变能。
本申请的直升机燃油系统抗坠毁设计方法可大大减少直升机燃油系统抗坠毁试验的工作量，缩短设计周期，产生巨大的经济效益。
下面以举例的方式对本申请进行进一步阐述。可以理解的是，该举例并不构成对本申请任何限制。
燃油系统有限元模型：
利用有限元分析前处理软件HyperMesh，建立燃油系统仿真模型，含油箱舱、软油箱、燃油或者水、易断连接件、附件板和保护泡沫等结构。燃油系统在直升机坠毁过程中主要承受垂向载荷。油箱舱及软油箱采用壳单元进行建模；保护泡沫采用体单元进行建模；易断连接件简化为1D单元；燃油或者水采用SPH粒子进行模拟；地面采用刚性墙模拟。
要求：壳单元平均尺寸为10mm，四边形单元和三角形单元最小单元尺寸均为5mm；单元最好为四边形单元，三角形单元主要用于单元网格过渡，单元的三角形流向一致为最佳，三角形单元的数量不能超过单元总数的8％；结构较规则区域采用六面体网格，几何结构复杂的区域采用四面体网格。燃油或者水用SPH粒子数值模拟，SPH粒子应分布在均匀的网格上。
单元材料属性参数设置：
各单元材料参数依据材料实际参数进行设置。复合材料材料类型定义为MAT25_COMPSH；金属材料材料类型定义为MAT2_PLAS_JOHNS；软油箱材料材料类型定义为MAT36_PLAS_TAB；SPH粒子材料类型定义为MLAW6_HYD_VISC；泡沫材料材料类型定义为MAT33_FOAM_PLAS。
2D单元金属材料属性定义为P1_SHELL；软油箱材料属性定义为P1_SHELL；2D单元复合材料属性定义为P11_SH_SANDW；3D单元属性定义为P14_SOLID；SPH粒子属性定义为PROP_SPH。
边界及接触定义：
燃油系统整体以规范要求的初速度冲击地面，约束地面刚性墙的6个自由度，同时燃油系统整体施加重力加速度。
接触定义刚性墙和油箱舱的接触，刚性墙为接触主面单元，油箱舱为接触从点。接触定义SPH粒子和燃油箱的接触，燃油箱为接触主面单元，SPH粒子为接触从点。燃油系统本身定义自接触。注意接触类型选择基于罚函数法的Type 7接触类型，该类型接触搜索是直接进行的，尽管接触搜索消耗了较多CPU时间，但对发生接触的位置的判断是实时的，尤其适用于高速冲击下的大变形问题，可以对接触状态准确模拟。
参数优化及仿真分析结果：
通过计算结果与试验结果对比，可以修正燃油系统抗坠毁仿真分析有限元模型的基本参数，后续通过参数优化可确定更精确的模型参数。
本发明采用显式非线性分析求解器RADIOSS进行直升机燃油系统抗坠毁仿真分析，得出节点的位移和转动、单元的应力、应变和应变能等结果。
1D单元为一维梁单元或杆单元。SPH粒子为采用光滑粒子流体动力学方法建立的无网格粒子
本申请采用了SPH粒子模拟燃油，大大缩小了模型规模，缩短了计算时间；采用了参数优化技术，可以快速确定更精确的模型参数，提高仿真精度。
,最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种直升机燃油系统抗坠毁设计方法，其特征在于，所述直升机燃油系统抗坠毁设计方法包括如下步骤：
步骤1：建立燃油系统仿真模型，所述燃油系统包括油箱舱、软油箱、燃油或者水、易断连接件、附件板以及保护泡沫；其中，
油箱舱及软油箱采用壳单元进行建模；保护泡沫采用体单元进行建模；易断连接件简化为1D单元；燃油或者水采用SPH粒子进行模拟；地面采用刚性墙模拟；
步骤2：对各单元材料参数依据材料实际参数进行设置；
步骤3：边界及接触定义；
步骤4：通过计算结果与试验结果对比，修正燃油系统抗坠毁仿真分析有限元模型的基本参数。
2.如权利要求1所述的直升机燃油系统抗坠毁设计方法，其特征在于，所述步骤1具体为：壳单元平均尺寸为10mm，四边形单元和三角形单元最小单元尺寸均为5mm；单元为四边形单元和/或三角形单元，其中，三角形单元的数量不超过单元总数的8％；结构规则区域采用六面体网格，几何结构区域采用四面体网格；燃油或者水用SPH粒子数值模拟，SPH粒子分布在均匀的网格上。
3.如权利要求1所述的直升机燃油系统抗坠毁设计方法，其特征在于，所述步骤3具体为：约束地面刚性墙的6个自由度，同时为燃油系统整体施加重力加速度；
接触定义刚性墙和油箱舱的接触，刚性墙为接触主面单元，油箱舱为接触从点；
接触定义SPH粒子和燃油箱的接触，燃油箱为接触主面单元，SPH粒子为接触从点；
燃油系统本身定义自接触；
接触类型选择基于罚函数法的Type 7接触类型。
4.如权利要求1所述的直升机燃油系统抗坠毁设计方法，其特征在于，所述燃油系统抗坠毁仿真分析有限元模型的基本参数包括节点的位移、转动；单元的应力、应变以及应变能。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109522636A (zh) * 2018-11-09 2019-03-26 中国直升机设计研究所 一种用于直升机抗坠毁分析的轮式起落架简化方法
CN111058984A (zh) * 2019-11-20 2020-04-24 中国人民武装警察部队工程大学 一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法
CN113312828A (zh) * 2021-07-29 2021-08-27 江铃汽车股份有限公司 汽车燃油管路完整性判定方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103955578A (zh) * 2014-04-25 2014-07-30 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 一种直升机全机抗坠毁分级仿真方法
US20150274311A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Zodiac Aerosafety Systems Aviation fuel tank with rigid wall for crash energy absorption

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150274311A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Zodiac Aerosafety Systems Aviation fuel tank with rigid wall for crash energy absorption
CN103955578A (zh) * 2014-04-25 2014-07-30 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 一种直升机全机抗坠毁分级仿真方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张海华: "基于流固耦合的直升机油箱抗坠毁性能分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *
杨述松: "基于二次开发的复合材料优化技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109522636A (zh) * 2018-11-09 2019-03-26 中国直升机设计研究所 一种用于直升机抗坠毁分析的轮式起落架简化方法
CN109522636B (zh) * 2018-11-09 2022-12-30 中国直升机设计研究所 一种用于直升机抗坠毁分析的轮式起落架简化方法
CN111058984A (zh) * 2019-11-20 2020-04-24 中国人民武装警察部队工程大学 一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法
CN111058984B (zh) * 2019-11-20 2021-04-30 中国人民武装警察部队工程大学 一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法
CN113312828A (zh) * 2021-07-29 2021-08-27 江铃汽车股份有限公司 汽车燃油管路完整性判定方法

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