[发明专利]一种适用于运动液体贮箱的肋板式防晃装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于运动液体贮箱的肋板式防晃装置，属于工程控制技术领域。

背景技术

运动贮箱内的液体晃动问题是一个典型的流体（即贮箱内的液体）与固体（贮箱）耦合运动问题。即：贮箱受到外部冲击作用（如加速、制动、风浪、碰撞等）后，通过其壁面将这一冲击作用传递至其腔内液体；但由于贮箱内未完全充满液体，因此空腔附近的液体将首先失稳并带动贮箱内的所有液体都呈现大尺度、不规则的往复运动状态。

液体晃动问题广泛存在于航空航天、船舶与海洋工程、陆地交通运输等领域的燃料供给系统或载荷平衡系统中。例如，在飞行器起飞、降落或者是大机动飞行过程中，由于加速或制动作用，油箱中的燃油会产生大尺度晃动。这种液体晃动会带来以下不利影响：（1）对油箱结构产生往复式冲击载荷，造成结构疲劳破坏；（2）当油箱油料比较少时，燃油的大尺度不规则晃动可能会临时中断燃油供给，造成发动机停车、飞行器失去动力，给安全飞行带来潜在威胁；（3）燃油系统中心的不规则变化，可能会改变飞行器的整体重心，从而影响飞行器的飞行稳定性。类似的问题，还广泛存在于航天飞行器的燃料贮箱、船舶燃油供给系统及压水舱以及大型液体货物运载系统（如大型油罐车、液化石油气运输船、浮式生产储油轮、超大型油轮等）中。

贮箱内的液体一旦晃动起来，将很难恢复至静止状态。在没有外部干预的情况下，当且仅当其动能完全被液体内部及液体与贮箱壁面之间的摩擦作用耗散成热后，晃动液体才能静止下来。这一过程非常漫长。这一问题在高速机动或航天飞行等失重或微重力环境下尤为突出。例如，微重力环境下卫星贮箱中的液体燃料晃动后，通常需要数十至数百秒才能稳定下来。

贮箱防晃技术的基本原理是，利用外部装置，增大液体晃动的阻尼，从而加速晃动液体的稳定进程。目前普遍采用的防晃技术包括，在贮箱壁面安装一定形状（如圆形、环形、矩形等）的防晃贴片，或者是将贮箱分割成多个独立舱室。这些技术在一定程度上缓解了贮箱液体晃动对整个承载系统的潜在安全威胁，但是晃动的问题没有从根本上解决。

发明内容

针对上述运动贮箱内的液体晃动问题，本申请提供了一种更有效的防晃装置设计方案。该装置整体结构设计巧妙、紧凑，加工及安装方便、成本低，并且能够显著提高贮箱在各种充液比及运动环境下的防晃效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：适用于运动液体贮箱的肋板式防晃装置，其特征在于，所述防晃装置包括矩形贮箱，所述矩形贮箱内设置有肋板式防晃组件，所述防晃组件包括“Z”字型肋板以及设置在肋板上的窗式结构。

作为本发明的一种改进，在“Z”字型肋板上布置的一系列窗式结构沿高度方向呈对称布置。

作为本发明的一种改进，所述肋板高为h，“Z”字型波长为λ；在“Z”字型肋板上布置的一系列窗式结构沿高度方向呈对称布置，窗式结构的开窗宽度、长度、角度及开窗间距分别记为a、b、β、c。

作为本发明的一种改进，矩形贮箱长L、宽B、高H，防晃组件特征参数h、λ、a、b、β、c的合理取值范围如下：h=0.5H~0.8H，λ=B/4~B/2，a=0.2λ~0.4λ，b=0.1a~2.0a，β=60°~120°，c=0.2b~1.0b。由于不同工程领域中的液体贮箱尺寸范围差别非常大（贮箱长度范围约为L=0.5m~50m、宽度范围约为B=0.5m~10m、高度范围约为H=0.1m~10m），因此这里以贮箱尺寸为参照来描述肋板式防晃装置的特征参数。当贮箱长度L数倍于其宽、高尺度时，可沿长度方向布置多个肋板式防晃装置。此时，防晃装置的布置间距可取d=1.0λ~5.0λ。

作为本发明的一种改进，所述防晃组件采用钢、铝、铝合金或复合材料制造。经济耐用。

作为本发明的一种改进，所述防晃组件的数量至少为一个。

相对于现有技术，本发明的优点如下：1）该技术方案整体结构设计巧妙，结构紧凑，2）该技术方案将“Z”字型肋板201与丰富的窗式几何体202相结合，可以在晃动液体系统中触发更多维度、更大尺度范围（旋涡尺度范围从数倍λ细分至λ/4甚至微小尺度）的旋涡流动结构，同时窗式结构还有助于在肋板两侧的晃动液体之间快速实现质量、动量和能量“削峰填谷”，正是这些技术优势，使得本设计方案可以使运动贮箱内的液体快速稳定下来。一般地，本申请方案的晃动液体稳定速度可以比现有设计方案快一个量级；3）该技术方案成本交底，便于大规模的推广应用。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为窗式结构示意图；