[發明專利]一種基于有限元法的飛行器燃油質量特性確定方法在審
| 申請號： | 201410736803.3 | 申請日： | 2014-12-05 |
| 公開（公告）號： | CN105718619A | 公開（公告）日： | 2016-06-29 |
| 發明（設計）人： | 劉吉學;陳勇楨;張全;張曉東;李為;陳劍波 | 申請（專利權）人： | 成都飛機設計研究所 |
| 主分類號： | G06F17/50 | 分類號： | G06F17/50 |
| 代理公司： | 中國航空專利中心 11008 | 代理人： | 郭平 |
| 地址： | 610091 四川省成都市青羊區*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 有限元 飛行器 燃油 質量 特性 確定 方法 | ||
1.一種基于有限元法的飛行器燃油質量特性確定方法，其特征是，本方法包括以下步驟：
第一步，先對油箱使用三維軟件建模，并對油箱模型用四面體網格進行離散，離散為文本格式油箱文件；
第二步，對文本格式油箱文件預先切割N次，根據不同的燃油液面高度hi計算求出其對應的燃油質量mi，其中i＝1、2、3......N；
第三步，由待求的燃油質量md,在第二步的結果中找出該燃油質量所在的預切割空間mn≤md≤mn+1,以及對應燃油質量mn的燃油液面高度hn，對應燃油質量mn+1的燃油液面高度hn+1，其中n＝1、2、3......N-1。
第四步，由mn、mn+1和hn、hn+1線性插值出對應md的燃油液面高度ht；
第五步，計算求出對應ht的燃油質量m；
第六步，若|m-md|<e，e為預設定的一個小量，則計算出對應燃油液面高度ht的燃油質量特性，結束此次迭代計算，輸出燃油質量m對應的燃油質量特性；
若|m-md|≥e，當m>md時，m代替mn+1，ht代替hn+1，回到第三步；當m<md時，m代替mn，ht代替hn，回到第三步。
2.如權利要求1所述的一種基于有限元法的飛行器燃油質量特性確定方法，其特征是，其中，第一步所述的三維軟件為CATIA。
3.如權利要求1或2所述的一種基于有限元法的飛行器燃油質量特性確定方法，其特征是，所述的第二步、第五步和第六步中的燃油質量特性計算分為如下步驟：
第一步，確定飛行器燃油切割平面方程，飛行器燃油切割平面是一組平行于水平面的平面，飛行器的姿態由俯仰角、滾轉角和偏航角給出；以地平面坐標系作為參考坐標系(OXYZ)，飛行器俯仰角、滾轉角和偏航角都為零時，機體坐標系(oxyz)與參考坐標系重合，當飛機俯仰角為α、滾轉角為β時，則參考坐標系中的點(X,Y,Z)和機體坐標系中點(x,y,z)的關系如下：
其中：
飛行器在姿態角(α,β)情況下的燃油切割平面在參考坐標系下的形式為：Z＝Z0，Z0表示燃油切割平面在參考坐標系下的高度；飛行器燃油切割平面方程在機體坐標系下的表現形式為：
-xsinα+ycosαsinβ+zcosαcosβ＝Z0
第二步，用第一步確定的燃油切割平面對文本格式油箱文件進行切割；切割時，根據燃油切割平面與四面體交點情況分以下兩種情況；
其一是切割平面與四面體有三個交點：當切割平面與四面體P1P2P3P4有三個交點時，切割后得到兩個體，一個四面體P1N1N2N3和一個五面體N1N2N3P2P3P4，五面體N1N2N3P2P3P4分成四面體N2P2P3P4，四面體N2P2N1N3和四面體N2P2P4N3；
其二是切割平面與四面體有四個交點：當切割平面與四面體P1P2P3P4有四個交點時，切割后得到兩個五面體，五面體P1P2T1T2T3T4和五面體T1T2T3T4P3P4；再將五面體P1P2T1T2T3T4分成四面體P1T1T2T3、四面體P2P1T2T1和四面體P1T1T3T4，將五面體T1T2T3T4P3P4分成四面體T2T3P4P3、四面體T1T2T4P4和四面體P4T2T3T4；
第三步，用有限元方法計算切割后得到的每個四面體的質量特性；設四面體四個頂點中P1的坐標為(x1,y1,z1),P2的坐標為(x2,y2,z2),P3的坐標為(x3,y3,z3)、P4的坐標為(x4,y4,z4)，則四面體內任意一點的坐標(x,y,z)由四個頂點的坐標表示為：
x＝L1x1+L2x2+L3x3+L4x4
y＝L1y1+L2y2+L3y3+L4y4
z＝L1z1+L2z2+L3z3+L4z4
式中L1、L2、L3和L4為點P1、點P2、點P3和點P4相應的構造函數,利用構造函數的冪函數在四面體單元體積上的積分關系，得到每個四面體單元燃油的質量特性如下：
Ixy＝(x1y1+x1y2/2+x1y3/2+x1y4/2+x2y1/2+x2y2+x2y3/2+x2y4/2+
x3y1/2+x3y2/2+x3y3+x3y4/2+x4y1/2+x4y2/2+x4y3/2+x4y4)m/10
Ixz＝(x1z1+x1z2/2+x1z3/2+x1z4/2+x2z1/2+x2z2+x2z3/2+x2z4/2+
x3z1/2+x3z2/2+x3z3+x3z4/2+x4z1/2+x4z2/2+x4z3/2+x4z4)m/10
Iyz＝(y1z1+y1z2/2+y1z3/2+y1z4/2+y2z1/2+y2z2+y2z3/2+y2z4/2+
y3z1/2+y3z2/2+y3z3+y3z4/2+y4z1/2+y4z2/2+y4z3/2+y4z4)m/10
式中，xG表示燃油縱向重心，yG表示燃油展向重心，zG表示燃油高度方向重心；Ixx表示燃油繞x軸轉動慣量，Iyy表示燃油繞y軸轉動慣量，Izz表示燃油繞z軸轉動慣量，Ixy、Ixz、Iyz表示燃油慣性積。
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