CN110598345B - 一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算及分析方法 - Google Patents

一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算及分析方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于加油机飞行力学分析技术领域，具体涉及一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算方法，包括以下步骤：获取加油机初始时刻的滚转角φ0；获取加油机初始时刻的滚转角速率P0；基于加油机初始时刻的滚转角φ0、滚转角速率P0，迭代计算加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到加油机滚转30°的时间t30。此外，本申请还涉及一种基于上述加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算方法的分析方法。

Description

一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算及分析方法
技术领域
本申请属于加油机飞行力学分析技术领域，具体涉及一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算及分析方法。
背景技术
加油机空中加油模式应处于一种可控的飞行范围(飞行速度、飞行高度、飞行姿态、飞行迎角和侧滑角)，为了保证加油机安全的完成空中加油任务，需要设计加油机在超出正常飞行范围之外仍具备一定的安全恢复特性，安全恢复特性对加油机本体的要求的高低取决于加油机本身的滚转特性，考虑到加油机油罐横向运动的影响，当前缺少一种能够快速、合理、简易的表述、表征以及分析加油机滚转特性的方法。
鉴于此提出本申请。
发明内容
本申请的目的是提供一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算及分析方法，以能够快速、合理、简易的表述、表征以及分析加油机滚转特性，为加油机的辅助操纵提供理论依据以及技术支撑，以此保证加油机飞行的安全可控，能够安全顺利的完成空中加油任务。
本申请的技术方案是：
一方面提供一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算方法，包括以下步骤：
获取加油机初始时刻的滚转角φ0；
获取加油机初始时刻的滚转角速率P0；
基于加油机初始时刻的滚转角φ0、滚转角速率P0，迭代计算加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到加油机滚转30°的时间t30。
根据本申请的至少一个实施例，基于加油机初始时刻的滚转角φ0、滚转角速率P0，迭代计算加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到加油机滚转30°的时间t30，具体为：
Figure GDA0003889015220000021
其中，
Δt为时间步长；
Pi为加油机在i时刻的滚转角速率；
Figure GDA0003889015220000022
为加油机在i-1时刻至i时刻的滚转角速率的变化速率；
φi为加油机在i时刻的滚转角。
根据本申请的至少一个实施例，Δt＝0.1s。
根据本申请的至少一个实施例，
Figure GDA0003889015220000023
其中，
ΔLi-1为在i-1时刻油罐燃油横向运动对加油机产生的附加滚转力矩；
IX为油罐燃油横向运动时加油机的滚转惯量。
根据本申请的至少一个实施例，ΔLi-1＝ΔFi-1*Δhoil+Gtank*sinφi-1*Δhtank；
其中，
ΔFi-1为在i-1时刻油罐燃油横向运动对加油机产生的附加力载荷；
Δhoil为油罐燃油的重心距油罐安装底板的垂直距离；
Gtank为油罐的重量；
Δhtank为油罐的重心距其安装底板的垂直距离。
根据本申请的至少一个实施例，ΔFi-1＝moil*g*sinφi-1+ΔFcj；
其中，
moil为油罐燃油的质量；
g为重力加速度；
ΔFcj为油罐燃油的冲击载荷。
根据本申请的至少一个实施例，ΔFcj＝0。
另一方面提供一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于任一上述的加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算方法得到加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到加油机滚转30°的时间t30；
得到加油机不考虑油罐燃油横向运动时任一时刻的滚转角
Figure GDA0003889015220000031
滚转角速率
Figure GDA0003889015220000032
以及滚转30°的时间
Figure GDA0003889015220000033
比较φi与
Figure GDA0003889015220000034
得到滚转角差量；
比较Pi与
Figure GDA0003889015220000035
得到滚转角速率差量；
比较t30与
Figure GDA0003889015220000036
得到滚转30°的时间差量。
附图说明
图1是本申请实施例提供的加油机油罐燃油横向运动时滚转30°时间计算方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的加油机左滚转φ时油罐燃油运动产生附加载荷的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。
一方面提供一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算方法，包括以下步骤：
获取加油机初始时刻的滚转角φ0；
获取加油机初始时刻的滚转角速率P0；
基于加油机初始时刻的滚转角φ0、滚转角速率P0，迭代计算加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到加油机滚转30°的时间t30。
对于上述实施例公开的加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算方法，本领域技术人员可以理解的是，其通过快速的迭代计算得到加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到加油机滚转30°的时间t30，以此实现对加油机油罐燃油横向运动时滚转特快速、合理、简易的表征，基于此可实现对加油机油罐燃油横向运动时滚转特性分析。
在一些可选的实施例中，基于加油机初始时刻的滚转角φ0、滚转角速率P0，迭代计算加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到加油机滚转30°的时间t30，具体为：
Figure GDA0003889015220000051
其中，
Δt为时间步长；
Pi为加油机在i时刻的滚转角速率；
Figure GDA0003889015220000052
为加油机在i-1时刻至i时刻的滚转角速率的变化速率；
φi为加油机在i时刻的滚转角。
在一些可选的实施例中，Δt＝0.1s。
在一些可选的实施例中，
Figure GDA0003889015220000053
其中，
ΔLi-1为在i-1时刻油罐燃油横向运动对加油机产生的附加滚转力矩；
Ix为油罐燃油横向运动时加油机的滚转惯量。
在一些可选的实施例中，ΔLi-1＝ΔFi-1*Δhoil+Gtank*sinφi-1*Δhtank；
其中，
ΔFi-1为在i-1时刻油罐燃油横向运动对加油机产生的附加力载荷；
Δhoil为油罐燃油的重心距油罐安装底板的垂直距离；
Gtank为油罐的重量；
Δhtank为油罐的重心距其安装底板的垂直距离。
在一些可选的实施例中，ΔFi-1＝moil*g*sinφi-1+ΔFcj；
其中，
moil为油罐燃油的质量；
g为重力加速度；
ΔFcj为油罐燃油的冲击载荷。
对于上述实施例公开的加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算方法，本领域技术人员可以理解的是，其通过燃油横向运动对油罐产生的静载和冲击载荷，反推出加油机上产生的附加力和力矩，实时解算出加油机的滚转角速率Pi、滚转角φi及滚转30°的时间
Figure GDA0003889015220000061
在一些可选的实施例中，ΔFcj＝0。
另一方面提供一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性的分析方法，包括以下步骤：
基于任一上述的加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算方法得到加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到加油机滚转30°的时间t30；
得到加油机不考虑油罐燃油横向运动时任一时刻的滚转角
Figure GDA0003889015220000062
滚转角速率
Figure GDA0003889015220000063
以及滚转30°的时间
Figure GDA0003889015220000064
比较φi与
Figure GDA0003889015220000065
得到滚转角差量；
比较Pi与
Figure GDA0003889015220000066
得到滚转角速率差量；
比较t30与
Figure GDA0003889015220000067
得到滚转30°的时间差量。
对于上述实施例公开的加油机油罐燃油横向运动时滚转特性的分析方法，本领域技术人员容易理解的是，其选择以考虑加油机油罐燃油横向运动与不考虑油罐燃油运动时加油机滚转角差量、滚转角速率差量以及滚转30°的时间差量表征加油机油罐燃油横向运动的滚转特性，该种分析方法快速、简易，飞行员可根据这些差量，判断是否给予加油飞机相应的操纵形式及操纵量，保证加油机安全可控飞行。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取加油机初始时刻的滚转角φ0；
获取所述加油机初始时刻的滚转角速率P0；
基于所述加油机初始时刻的滚转角φ0、滚转角速率P0，迭代计算所述加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到所述加油机滚转30°的时间t30；
所述基于所述加油机初始时刻的滚转角φ0、滚转角速率P0，迭代计算所述加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到所述加油机滚转30°的时间t30，具体为：
Figure FDA0003889015210000011
其中，
△t为时间步长；
Pi为所述加油机在i时刻的滚转角速率；
Figure FDA0003889015210000012
为所述加油机在i-1时刻至i时刻的滚转角速率的变化速率；
φi为所述加油机在i时刻的滚转角；
△t＝0.1s；
Figure FDA0003889015210000013
其中，
△Li-1为在i-1时刻油罐燃油横向运动对所述加油机产生的附加滚转力矩；
Ix为油罐燃油横向运动时所述加油机的滚转惯量；
△Li-1＝△Fi-1*△hoil+Gtank*sinφi-1*△htank；
其中，
△Fi-1为在i-1时刻油罐燃油横向运动对所述加油机产生的附加力载荷；
△hoil为油罐燃油的重心距油罐安装底板的垂直距离；
Gtank为油罐的重量；
△htank为油罐的重心距其安装底板的垂直距离；
△Fi-1＝moil*g*sinφi-1+△Fcj；
其中，
moil为油罐燃油的质量；
g为重力加速度；
△Fcj为油罐燃油的冲击载荷；
△Fcj＝0。
2.一种加油机油罐燃油横向运动时滚转特性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于如权利要求1所述的加油机油罐燃油横向运动时滚转特性计算方法得到所述加油机任一时刻的滚转角φi、滚转角速率Pi，以及得到所述加油机滚转30°的时间t30；
得到所述加油机不考虑油罐燃油横向运动时任一时刻的滚转角
Figure FDA0003889015210000021
滚转角速率
Figure FDA0003889015210000022
以及滚转30°的时间
Figure FDA0003889015210000023
比较φi与
Figure FDA0003889015210000024
得到滚转角差量；
比较Pi与
Figure FDA0003889015210000025
得到滚转角速率差量；
比较t30与
Figure FDA0003889015210000026
得到滚转30°的时间差量。
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