基于VOF方法的机翼油箱燃油晃动分析与防晃研究

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流体晃动现象普遍出现在航空、航天、航运等行业。此类现象不仅影响设备正常运行,还会对设备结构造成反复的疲劳破坏。这些影响会带来人身安全、经济损失、资源浪费等,所涉及到的行业都在关注流体晃动并致力于寻求解决方法。最早使用理论模型和试验来探究此类问题,随着计算机技术发展而产生一个介于数学、流体力学和计算机之间的交叉学科是计算流体力学。本课题采用数值计算与试验方法来研究流体晃动现象。针对众多计算流体力学方法,采用了下列方法并验证其准确性。使用NavierStokes控制方程数学表示不可压缩流体流动,有限体积法(FVM)离散运动控制方程,流体体积法(VOF)追踪二相流自由液面,稳态SIMPLE算法计算微分方程组。根据飞机机翼油箱模型,设计了近似油箱模型在摇晃激励下的试验。通过自由液面波形图像和采集点冲击载荷两方面对比,得到数值结果与试验结果基本一致。但在流体破碎及翻滚等强非线性情形,试验晃动幅度较数值更加剧烈。从而为进一步数值模拟真实工况下的流体晃动问题奠定基础。针对成都飞机研究所提供的机翼油箱模型数据和真实工作载荷,分析了油箱内燃油晃动情况。使用仿真软件建模,分析了有无肋板、不同充液比、燃油参数对燃油晃动的影响。得到了机翼燃油重心变化、油箱壁和肋板受到的冲击载荷情况、自由液面晃动现象。针对燃油晃动对油箱结构造成的疲劳破坏,提出并分析了减缓晃动幅度的方案。研究了众多阻晃措施的效果,发现阻晃挡板是最普遍最有效的方法。本文设计了几种不同固体率的阻晃挡板,研究其抑制晃动的效果,分析充液深度、载荷频率等对防晃效果的影响。
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