[发明专利]一种分析弹丸撞击对飞机燃油箱惰化影响的方法

摘要

一种分析弹丸撞击对飞机燃油箱惰化影响的方法，是对现有的飞机燃油箱惰化模型的修正：根据初始条件，计算弹丸击穿油箱壁后的运动状态参数，再对弹丸击穿油箱壁后的能量变化进行分析，分析弹丸在燃油箱中运动过程中的热传递并计算由此产生的燃油液滴蒸发而增加的燃油蒸汽量，计算弹丸穿透油箱壁进入燃油箱气相空间时带入的外界环境中的空气的量，最后根据上述分析，对已有的惰化模型进行修正。本发明可用于分析作战环境下弹丸参数及环境参数的改变对气相空间气体浓度的影响，进而确定油箱是否可燃。

主权项

一种分析弹丸撞击对飞机燃油箱惰化影响的方法，其特征在于，具体过程是：步骤1：根据初始条件计算弹丸撞击油箱壁的剩余速度；假设钝头弹丸垂直于靶板入射，应用JTCG/ME剩余速度方程式确定弹丸的剩余速度V_r为，式中，V为弹丸的撞击速度，单位为m/s；V₅₀为弹丸的弹丸极限，单位为m/s；t为目标的厚度，单位为m；ρ为目标材料密度，单位为kg/m³；A_p为弹丸的暴露面积，单位为m²；m为弹丸的质量，单位为kg；θ为弹丸的入射角度，单位为°；步骤2：分析弹丸击穿油箱壁后能量的变化；忽略弹丸在击穿油箱壁过程中的热损失，塑性功转化的热能作为内能的形式存储，即其中，β为塑性功转热系数，Q为弹丸的内能，△E为弹丸由于塑性功转化的热能；步骤3：分析弹丸在燃油箱中运动过程中的热传递并计算热传递的过程中燃油液滴蒸发而增加的燃油蒸汽量；在弹丸穿过油箱气相空间的过程中，热传递的能量通量q″通过公式(13)确定：q″＝h(T‑T_∞)     (13)式中，T为弹丸表面温度；T_∞为弹丸运动产生气流的温度；h是对流热交换的传热系数；所述热传递的能量通量q″的单位为W/m²；对流热交换条件下，弹丸传热系数h_conv通过圆柱体传热系数公式(14)确定：式中，k是空气或是燃油的导热系数，Pr是普朗特数，Re_D是在长度为D的基础上的雷诺数；由于弹丸各处温度相同，故弹丸在油箱内运动过程中其温度的变化通过公式(15) 确定：式中，c为弹丸材料的比热容；A_f为弹丸和周围环境的接触面积，是温度随时间的变化量；设弹丸在运动过程中传递的热量全部用于蒸发气相空间中悬浮的燃油液滴，形成燃油蒸汽聚集在破片尾部与进入的空气混合；液体燃油的质量蒸发率m"_drop为：式中，C_f为燃油的比热容，T_b为燃油的沸点，T为燃油的初始温度，h_q为燃油的蒸发热；步骤4：计算弹丸穿透油箱时带入的空气的量；对于弹丸，带入燃油箱内的空气体积V_air为：V_air＝A_p·s     (17)式中，A_p为弹丸的暴露面积，单位为m²；s为弹丸的运动距离，单位为m；步骤5：对已有的惰化模型进行修正；弹丸带入的空气质量为A_air，混合后气相空间的总压中新的氧气量O′_U,mix需要加上带入的空气中的氧气的量，故：通过式(19)确定气相空间新的氮气量O′_U,mix中带入的空气中的氮气的量：式中，M_air为空气的摩尔质量，M_N、M_O分别为氮气和氧气的摩尔质量；考虑油箱进气时弹丸带入一部分空气，气体混合后气相空间中氧气量OU,mix和气体混合后气相空间中氮气量NU,mix分别为：O_U,mix＝O_U1+O_F,OUT+O_air＝O_U2+O_U,OUT     (20)N_U,mix＝N_U1+N_F,OUT+N_air＝N_U2+N_U,OUT     (21)在弹丸打击情况下，因弹丸的热传递蒸发的燃油蒸汽增量在气相空间的分压为p_vb，则混合后气相空间的总压中新的燃油蒸汽分压为p′_v1＝p_v1+p_vb      (22)则混合后气相空间的总压为假设由于弹丸打击形成的燃油蒸汽以及带入的空气与原有混合后平衡状态的各组分再次充分混合，故混合气体的排出比例为新的平衡状态时的摩尔比例。