[发明专利]一种基于面向对象的复杂拓扑结构油箱热模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种基于面向对象的复杂拓扑结构油箱热模型的构建方法，包括步骤如下：(1)对燃油箱热模型按照功能模块进行划分和设计；(2)将单个燃油箱划分为功能不同的单元，设置各单元之间的接口；(3)通过面向对象物理系统软件编写各单元内置模块，将各单元和接口封装；(4)将各单元拼接成隔舱对象，隔舱对象相互拼接形成目标油箱对象，根据输入对象进行仿真计算；自动完成传质传热计算，一键提取时间常数和平衡温差。本发明通过不同的隔舱的拼接方式，构造出任意复杂拓扑结构的油箱，建模过程灵活，易于修改；同时考虑了油箱内部及惰化系统传质传热，可靠性、精确度高，为适航过程中蒙特卡罗分析提供关键参数。

技术领域

本发明涉及油箱热模型的构建方法，尤其涉及一种基于面向对象的复杂拓扑结构油箱热模型的构建方法。

背景技术

随着飞机的多种性能不断提高，机电一体化技术不断提升，机载电子设备的数量和功率不断增加，飞机上承载的热负荷不断增加，相比于以往传统飞机的环控系统中，其单一的空气循环制冷系统已经难以满足日益增长的冷却需求，飞机燃油成为目前民用飞机热沉介质的最佳选择，而燃油的消耗和温度变化也需要进行相应的优化设计模拟和更加精准的控制。

飞机燃油箱热模型的建立和研究是对燃油箱以及燃油系统进行计算分析的基础。燃油和油气温度的控制在飞机燃油箱的安全系数、防火抑爆等方面至关重要。最新FAR 25部981条款明确规定，若燃油箱不可以等效为传统未加热的铝机翼油箱，则其燃油箱可燃性必须采用蒙特卡罗分析的方法来证明可燃性符合要求，而燃油箱的热参数是蒙特卡罗分析的关键输入参数。因此，研究油箱内燃油温度变化规律是国内适航符合型验证中至关重要的环节，而目前国内在该领域的研究尚处于起步阶段。

获取燃油温度变化规律的方法有飞行实测法和理论分析法两类，虽然飞行实测法可以获得相对精确的燃油温度变化曲线，但由于飞行实测费用高、周期长，且不同类型飞机所获取的实测数据各不相同。因此，该方法并不具备普适性，在适航认证中，常用来验证理论分析法的可信度。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种具备普适性、高可靠性热模型的基于面向对象的复杂拓扑结构油箱热模型的构建方法。

技术方案：本发明的复杂拓扑结构油箱热模型的构建方法，包括以下步骤：

(1)对燃油箱热模型按照功能模块进行划分和设计；

(2)将单个燃油箱划分为功能不同的单元，设置各单元之间的接口；

(3)通过面向对象物理系统软件编写各单元内置模块，将各单元和接口封装；

(4)将各单元拼接成隔舱对象，隔舱对象相互拼接形成目标油箱对象，根据输入对象进行仿真计算；

(6)自动完成传质传热计算，一键提取时间常数和平衡温差。

进一步，所述步骤(1)中，所述功能模块包括燃油箱内热源和燃油箱外热源；燃油箱内热源包括燃油箱内液压系统管路散热、机电系统的热载荷、滑油系统的散热和发动机附件抽油泵散热；燃油箱外热源来自于太阳辐射、地面辐射和蒙皮表面附面层的气动对流加热；所述燃油箱由若干个长方体的隔舱组成，每件隔舱由壁面、内部燃油单元和气体单元构成。

进一步，所述步骤(2)中，所述单元是最小的封装对象，包括各个壁面单元、内部燃油单元、气体单元、气动加热单元、对流换热单元、太阳辐射单元、地面辐射单元、内热源单元、燃油消耗控制单元、燃油流动控制单元、惰化单元、压力控制单元和平衡温差时间常数提取单元；所述单元和单元之间的接口，通过势变量耦合在一起，通过流变量传递信息，不同单元连接处势变量相同，而流变量和为零。

进一步，所述燃油单元设置燃油入口单元和燃油出口单元；燃油入口单元分别与燃油单元和燃油流动控制单元相连，燃油出口单元分别与燃油单元和燃油消耗控制单元相连，模拟燃油在飞行包线下的消耗和油箱隔舱之间的燃油流动。