[发明专利]一种直升机多隔舱油箱热分析方法

权利要求书

1.一种直升机多隔舱油箱热分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、确定直升机油箱结构，获取飞机飞行包线、油量消耗及其他初始条件；

步骤二、将直升机的单隔舱块进行节点划分，所述单隔舱块为集油箱单隔舱块和中央油箱单隔舱块，所述集油箱单隔舱块划分为上、下、前、后四个壁面节点和一个燃油节点；所述中央油箱单隔舱块划分为上、下、前、后四个壁面节点，一个燃油节点和一个油气节点；确定油箱节点之间的换热关系，建立各个节点描述其物理过程的数学模型；

步骤三、通过集总参数法求解直升机油箱非稳态模型，将燃油箱热分析的边界扩散至油箱外，得到对应节点的平均温度；

步骤四、通过建模计算得到的燃油温度变化提取平衡温差和时间常数，为直升机燃油箱热分析提供可靠数据。

2.根据权利要求1所述的一种直升机多隔舱油箱热分析方法，其特征在于，步骤一中所述直升机油箱包括集油箱和中央油箱。

3.根据权利要求1所述的一种直升机多隔舱油箱热分析方法，其特征在于，步骤二中所述油箱节点之间的换热关系包括前、后、下壁面节点与外界空气之间的对流换热，上、前、后壁面节点与油气节点对流换热，下、前、后壁面节点与燃油节点对流换热，以及燃油节点和油气节点之间的对流换热；油气节点和燃油节点分别与两侧肋节点对流换热。

4.根据权利要求1所述的一种直升机多隔舱油箱热分析方法，其特征在于，步骤二中所述各个节点描述其物理过程的数学模型如下：

对于直升机油箱上壁面节点的换热过程描述为：

其中：c_pu为上壁面热容，单位为J/kg·K；m_u为上壁面质量，单位为kg；T_u为上壁面温度，T_w为座舱温度，T_g为油箱中气相空间的温度，单位为K；A_u为上壁面面积，单位为m²；h_wu为座舱与油箱上壁面对流换热系数，t为时间，单位为s；h_gu为油气和上壁面之间的换热系数，单位为W/m²·K；

对于直升机油箱下壁面节点的换热过程描述为：

其中：c_pd为下壁面热容，单位为J/kg·K；m_d为下壁面质量，单位为kg；T_d为下壁面温度，T_e为气动加热后总温，T_f为油箱中燃油的温度，单位为K；A_d为下壁面面积，单位为m²；h_ad为外界空气与下壁面之间的对流换热系数，h_fd为燃油和下壁面之间的换热系数，单位为W/m²·K；Q_ed为油箱下壁面接收的地面辐射换热热量，单位为W；对于直升机油箱前壁面节点的换热过程描述为：

其中：c_pa为前壁面热容，单位为J/kg·K；m_a为前壁面质量，单位为kg；T_a为前壁面温度，单位为K；A_a为前壁面面积，A_fa为油箱内燃油和前壁面接触面积，A_ga为油箱内气体和前壁面接触面积，单位为m²；h_aa为外界空气与前壁面之间的对流换热系数，h_fa为油箱内燃油和前壁面之间的对流换热系数，h_ga为油箱内气体和前壁面之间的对流换热系数，单位为W/m²·K；Q_ea为油箱前壁面接收的太阳辐射换热热量，单位为W；

对于直升机油箱后壁面节点的换热过程描述为：

其中：c_pb为前壁面热容，单位为J/kg·K；m_b为前壁面质量，单位为kg；T_b为前壁面温度，单位为K；A_b为前壁面面积，A_fb为油箱内燃油和前壁面接触面积，A_gb为油箱内气体和前壁面接触面积，单位为m²；h_ab为外界空气与前壁面之间的对流换热系数，h_fb为油箱内燃油和前壁面之间的对流换热系数，h_gb为油箱内气体和前壁面之间的对流换热系数，单位为W/m²·K；Q_eb为油箱后壁面接收的太阳辐射换热热量，单位为W；

对于直升机油箱肋板节点的换热过程描述为：

其中：c_prib为肋板热容，单位为J/kg·K；m_rib为肋板质量，单位为kg；T_gr为肋板右侧气相空间温度，T_fr为肋板右侧燃油温度，T_rib为肋板温度，T_gl为相邻油箱气相空间温度，T_fl相邻油箱燃油温度，单位为K；A_gr为油箱内气体与肋板的接触面积，A_gl为相邻油箱气体和肋板接触面积，A_fl为左侧油箱燃油与肋板接触面积，A_fr为相邻油箱燃油和肋板接触面积，单位为m²；h_gr为油箱内气体与肋板之间的换热系数，h_fr为油箱内燃油和肋板之间的换热系数，h_gl为相邻油箱气体和肋板之间的换热系数，h_fl为相邻油箱燃油和肋板之间的换热系数，单位为W/m²·K；

对于直升机油箱燃油节点的换热过程描述为：

其中：c_pf为燃油热容，单位为J/kg·K；m_f为油箱中燃油的质量，单位为kg，h_fg为气体和燃油之间对流换热系数，单位为W/m²·K；为流入燃油箱燃油的质量变化率，为流出燃油箱燃油的质量变化率，单位为kg/s；T_fin流入燃油箱燃油温度，单位为K；Q_in为油箱内热源，单位为W；

对于直升机油箱油气节点的换热过程描述为：

其中：c_pg为燃油热容，单位为J/kg·K；m_g为油箱中燃油的质量，单位为kg，为流入燃油箱气体的质量变化率，为流出燃油箱气体的质量变化率，单位为kg/s；T_gin流入燃油箱气体温度，单位为K。