CN111680366B - 一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于Amesim的仿真计算领域,特别是涉及一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法;包括以下步骤:S1、搭建飞机发动机仿真模块;S2、搭建供油泵仿真模块;S3、搭建引射泵仿真模块;S4、搭建飞机燃油箱仿真模块;S5、搭建质心计算模块;S6、使用Amesim中的TFFD4子模块搭建燃油仿真模块,并进行参数设置;S7、搭建飞机飞行姿态控制模块;S8、组合飞机燃油系统模型;S9、进行仿真。
Description
技术领域
本发明涉及基于Amesim的仿真计算领域,特别是涉及一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法。
背景技术
飞机燃油系统的功用是储存燃油,并保证在规定的任何状态(如各种飞行高度、飞行姿态)下,均能按发动机所要求压力和流量向发动机持续不间断地供油,此外,燃油系统还可以完成冷却机上其它系统、平衡飞机、保持飞机重心于规定的范围内等附加功能。为了满足燃油系统以上要求,传统的试验方法已不能完全满足设计开发需求,随着计算机仿真技术的发展,基于模型的系统工程方法已经成为燃油系统技术发展的必然趋势。Amesim软件提供了一整套用于飞行器燃油系统仿真的元件模型库,结合热液压库、气动库和混合气体库,工程师能够建立完整的航空燃油系统模型,用户可以输入多组燃油箱的CAD信息、空间位置信息,定义飞行剖面、大气环境,设置油箱进出口高度(任意多油口)和油箱运动信息(加速度、姿态),计算在整个飞行周期燃油系统燃油/气体的流量、压力、温度、组分等的瞬态变化,分析在不同飞行姿态和加速度下的油箱液位高度、燃油容积、质心、自由面形状、油/气换热、进出油状态等重要信息,这为燃油系统和元件的选型及优化提供了有效技术手段。
基于Amesim可以建立整个燃油供输油系统,包括燃油泵、三维油箱、隔板孔、油口及各种管道模型。根据燃油系统模型,可以分析不同飞行姿态(俯仰、翻转、偏航)下的供油时序、流量、压力以及整个油箱的质心位置,给出非常直观的分析结果,用于整个系统设计匹配。
发明内容
本发明的目的在于飞机燃油箱质量及质心的仿真计算,建立飞机燃油系统仿真模型,从而实现在设计阶段对飞机燃油箱质量及质心的仿真计算。
本发明的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,包括以下步骤:
S1、搭建飞机发动机仿真模块
使用Amesim中的TFQPT0、CONSOO、TFVS11、TFC01等子模块搭建飞机发动机仿真模块,并进行参数设置;
S2、搭建供油泵仿真模块
使用Amesim中的TFPU000、RMV00、TFCHV0000、TFC01等子模块搭建供油泵仿真模块,并进行参数设置;
S3、搭建引射泵仿真模块
使用Amesim中的TFEJECT0010、ACF2THH001、TFC01等子模块搭建引射泵仿真模块,并进行参数设置;
S4、搭建飞机燃油箱仿真模块
使用Amesim中的ACFTNK001、ACFDMX01、ACFGAU01、ACFNULLMOTIONSOURCE001、DYNDMUX2、ACF2THH001、ACFFHS001等子模块搭建飞机燃油箱仿真模块,并进行参数设置;
S5、搭建质心计算模块
使用Amesim中的ACFGEOMSENSOR01、SPLT1、MUL00、GENSUM1、FXY0、SSINK等子模块搭建质心计算模块,并进行参数设置;
S6、使用Amesim中的TFFD4子模块搭建燃油仿真模块,并进行参数设置;其中,燃油密度计算公式可表示为:
ρ=-0.74763636*t+794.458181818182(温度单位为摄氏度)
由以上公式可得到:
ρ=794.458181818182*(1-0.000941064*t)
此外,粘度参数定义方式为公式,其值由公式lg lg(v+0.73)=A-3.8265lg T(A取8.9765,T表示温度,单位为开氏度)推导得到;
S7、搭建飞机飞行姿态控制模块
使用Amesim中的ACFATTISIMP001、CONS00等子模块搭建飞机飞行姿态控制模块,并进行参数设置;其中,通过ACFATTISIMP001子模块进行飞机俯仰角、滚转角、偏航角、三维加速度等参数设置;
S8、组合飞机燃油系统模型
将以上各个模块组合为完整的飞机燃油系统模型,并进行大气压、重力加速度、飞行高度等参数的设置;
S9、进行仿真
进行仿真参数设置,设置仿真结束时间、输出间隔、仿真模式等参数,开始进行仿真得到飞机燃油箱质量及质心仿真计算结果。
本发明的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,所述步骤S1中通过设置TFQPT0子模块的温度、压强、流速来模拟飞机发动机对燃油的消耗,并使用TFVS11子模块计算飞机发动机的燃油消耗总量。
本发明的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,所述步骤S2中使用RMV00子模块进行供油泵转速设置,使用TFPU000子模块进行供油泵性能参数设置,其性能使用f(qv,w)模式设置,参数pressure difference table通过供油泵性能指标计算得到。
本发明的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,所述步骤S3中使用TFEJECT0010子模块进行引射泵参数设置,其性能使用定义公式volumetric flowrate ratio:mu=f(N)设置,参数linear data out of range mode设置为extreme value,volumetric flow rate ratio和driving mass flow rate参数通过引射泵性能指标计算得到。
本发明的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,步骤S4中ACFDMX01子模块用于其他模块与油箱模块的连通,ACFTNK001子模块用于设置飞机燃油箱参数,包括liquid volume、Tank shape、Geometry、Thermodynamic data,其值通过油箱性能指标得到。
本发明的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,步骤S5中通过ACFGEOMSENSOR01子模块计算得到每个燃油箱的质心坐标,通过SPLT1、MUL00、GENSUM1、FXY0、SSINK等子模块计算所有燃油箱的总体坐标;
多体油箱整体质心坐标的计算方法如下:
(a)从ACFGEOMSENSOR模块中读取每个油箱对应的质心坐标(xi,yi,zi)(xi,yi,zi)和燃油质量mi;
(b)使用质心计算公式计算多体油箱整体质心坐标,其中,整体质心计算模块由加法器模型和函数模型组合而成,要实现的计算公式如下:
与现有技术相比本发明的有益效果为:通过对飞机燃油箱质量及质心的仿真计算,建立飞机燃油系统仿真模型,从而实现在设计阶段对飞机燃油箱质量及质心的仿真计算。
附图说明
图1为本发明提供的飞机燃油系统模型图;
图2、图3为本发明得到的飞机燃油箱质量及质心仿真计算结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1至图3所示,本发明的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,包括以下步骤:
S1、搭建飞机发动机仿真模块
使用Amesim中的TFQPT0、CONSOO、TFVS11、TFC01等子模块搭建飞机发动机仿真模块,并进行参数设置;通过设置TFQPT0子模块的温度、压强、流速来模拟飞机发动机对燃油的消耗,并使用TFVS11子模块计算飞机发动机的燃油消耗总量;
S2、搭建供油泵仿真模块
使用Amesim中的TFPU000、RMV00、TFCHV0000、TFC01等子模块搭建供油泵仿真模块,并进行参数设置;使用RMV00子模块进行供油泵转速设置,使用TFPU000子模块进行供油泵性能参数设置,其性能使用f(qv,w)模式设置,参数pressure difference table通过供油泵性能指标计算得到;
S3、搭建引射泵仿真模块
使用Amesim中的TFEJECT0010、ACF2THH001、TFC01等子模块搭建引射泵仿真模块,并进行参数设置;使用TFEJECT0010子模块进行引射泵参数设置,其性能使用定义公式volumetric flow rate ratio:mu=f(N)设置,参数linear data out of range mode设置为extreme value,volumetric flow rate ratio和driving mass flow rate参数通过引射泵性能指标计算得到;
S4、搭建飞机燃油箱仿真模块
使用Amesim中的ACFTNK001、ACFDMX01、ACFGAU01、ACFNULLMOTIONSOURCE001、DYNDMUX2、ACF2THH001、ACFFHS001等子模块搭建飞机燃油箱仿真模块,并进行参数设置;ACFDMX01子模块用于其他模块与油箱模块的连通,ACFTNK001子模块用于设置飞机燃油箱参数,包括liquid volume、Tank shape、Geometry、Thermodynamic data,其值通过油箱性能指标得到;
S5、搭建质心计算模块
使用Amesim中的ACFGEOMSENSOR01、SPLT1、MUL00、GENSUM1、FXY0、SSINK等子模块搭建质心计算模块,并进行参数设置;步骤S5中通过ACFGEOMSENSOR01子模块计算得到每个燃油箱的质心坐标,通过SPLT1、MUL00、GENSUM1、FXY0、SSINK等子模块计算所有燃油箱的总体坐标;
多体油箱整体质心坐标的计算方法如下:
(a)从ACFGEOMSENSOR模块中读取每个油箱对应的质心坐标(xi,yi,zi)(xi,yi,zi)和燃油质量mi;
(b)使用质心计算公式计算多体油箱整体质心坐标,其中,整体质心计算模块由加法器模型和函数模型组合而成,要实现的计算公式如下:
S6、使用Amesim中的TFFD4子模块搭建燃油仿真模块,并进行参数设置;其中,燃油密度计算公式可表示为:
ρ=-0.74763636*t+794.458181818182(温度单位为摄氏度)
由以上公式可得到:
ρ=794.458181818182*(1-0.000941064*t)
此外,粘度参数定义方式为公式,其值由公式lg lg(v+0.73)=A-3.8265lg T(A取8.9765,T表示温度,单位为开氏度)推导得到;
S7、搭建飞机飞行姿态控制模块
使用Amesim中的ACFATTISIMP001、CONS00等子模块搭建飞机飞行姿态控制模块,并进行参数设置;其中,通过ACFATTISIMP001子模块进行飞机俯仰角、滚转角、偏航角、三维加速度等参数设置;
S8、组合飞机燃油系统模型
将以上各个模块组合为完整的飞机燃油系统模型,并进行大气压、重力加速度、飞行高度等参数的设置;
S9、进行仿真
进行仿真参数设置,设置仿真结束时间、输出间隔、仿真模式等参数,开始进行仿真得到飞机燃油箱质量及质心仿真计算结果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、搭建飞机发动机仿真模块
使用Amesim中的TFQPT0、CONSOO、TFVS11、TFC01子模块搭建飞机发动机仿真模块,并进行参数设置;
S2、搭建供油泵仿真模块
使用Amesim中的TFPU000、RMV00、TFCHV0000、TFC01子模块搭建供油泵仿真模块,并进行参数设置;
S3、搭建引射泵仿真模块
使用Amesim中的TFEJECT0010、ACF2THH001、TFC01子模块搭建引射泵仿真模块,并进行参数设置;
S4、搭建飞机燃油箱仿真模块
使用Amesim中的ACFTNK001、ACFDMX01、ACFGAU01、ACFNULLMOTIONSOURCE001、DYNDMUX2、ACF2THH001、ACFFHS001子模块搭建飞机燃油箱仿真模块,并进行参数设置;
S5、搭建质心计算模块
使用Amesim中的ACFGEOMSENSOR01、SPLT1、MUL00、GENSUM1、FXY0、SSINK子模块搭建质心计算模块,并进行参数设置;
S6、使用Amesim中的TFFD4子模块搭建燃油仿真模块,并进行参数设置;其中,燃油密度计算公式可表示为:
ρ=-0.74763636*t+794.458181818182
由以上公式可得到:
ρ=794.458181818182*(1-0.000941064*t)
此外,粘度参数定义方式为公式,其值由公式lg lg(v+0.73)=A-3.8265lgT,A取8.9765,T表示温度,单位为开氏度;推导得到;
S7、搭建飞机飞行姿态控制模块
使用Amesim中的ACFATTISIMP001、CONS00子模块搭建飞机飞行姿态控制模块,并进行参数设置;其中,通过ACFATTISIMP001子模块进行飞机俯仰角、滚转角、偏航角、三维加速度参数设置;
S8、组合飞机燃油系统模型
将以上各个模块组合为完整的飞机燃油系统模型,并进行大气压、重力加速度、飞行高度参数的设置;
S9、进行仿真
进行仿真参数设置,设置仿真结束时间、输出间隔、仿真模式参数,开始进行仿真得到飞机燃油箱质量及质心仿真计算结果。
2.如权利要求1所述的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,其特征在于,所述步骤S1中通过设置TFQPT0子模块的温度、压强、流速来模拟飞机发动机对燃油的消耗,并使用TFVS11子模块计算飞机发动机的燃油消耗总量。
3.如权利要求2所述的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,其特征在于,所述步骤S2中使用RMV00子模块进行供油泵转速设置,使用TFPU000子模块进行供油泵性能参数设置,其性能使用f(qv,w)模式设置,参数pressure difference table通过供油泵性能指标计算得到。
4.如权利要求3所述的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,其特征在于,所述步骤S3中使用TFEJECT0010子模块进行引射泵参数设置,其性能使用定义公式volumetric flow rate ratio:mu=f(N)设置,参数linear data out of range mode设置为extreme value,volumetric flow rate ratio和driving mass flow rate参数通过引射泵性能指标计算得到。
5.如权利要求4所述的一种基于Amesim的飞机燃油箱质量及质心仿真计算方法,其特征在于,步骤S4中ACFDMX01子模块用于其他模块与油箱模块的连通,ACFTNK001子模块用于设置飞机燃油箱参数,包括liquid volume、Tank shape、Geometry、Thermodynamic data,其值通过油箱性能指标得到。
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