[發明專利]一種適用于運動液體貯箱的肋板式防晃裝置

有效

• 申請號: 201610024740.8
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105600211B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 張日葵
• 申請（專利權）人: 南京北大工道創新有限公司;北京大學南京創新研究院
• 主分類號: B65D90/52
• 分類號: B65D90/52
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司32206
• 代理人: 杜靜靜

技術領域

本發明涉及一種適用于運動液體貯箱的肋板式防晃裝置，屬于工程控制技術領域。

背景技術

運動貯箱內的液體晃動問題是一個典型的流體（即貯箱內的液體）與固體（貯箱）耦合運動問題。即：貯箱受到外部沖擊作用（如加速、制動、風浪、碰撞等）后，通過其壁面將這一沖擊作用傳遞至其腔內液體；但由于貯箱內未完全充滿液體，因此空腔附近的液體將首先失穩并帶動貯箱內的所有液體都呈現大尺度、不規則的往復運動狀態。

液體晃動問題廣泛存在于航空航天、船舶與海洋工程、陸地交通運輸等領域的燃料供給系統或載荷平衡系統中。例如，在飛行器起飛、降落或者是大機動飛行過程中，由于加速或制動作用，油箱中的燃油會產生大尺度晃動。這種液體晃動會帶來以下不利影響：（1）對油箱結構產生往復式沖擊載荷，造成結構疲勞破壞；（2）當油箱油料比較少時，燃油的大尺度不規則晃動可能會臨時中斷燃油供給，造成發動機停車、飛行器失去動力，給安全飛行帶來潛在威脅；（3）燃油系統中心的不規則變化，可能會改變飛行器的整體重心，從而影響飛行器的飛行穩定性。類似的問題，還廣泛存在于航天飛行器的燃料貯箱、船舶燃油供給系統及壓水艙以及大型液體貨物運載系統（如大型油罐車、液化石油氣運輸船、浮式生產儲油輪、超大型油輪等）中。

貯箱內的液體一旦晃動起來，將很難恢復至靜止狀態。在沒有外部干預的情況下，當且僅當其動能完全被液體內部及液體與貯箱壁面之間的摩擦作用耗散成熱后，晃動液體才能靜止下來。這一過程非常漫長。這一問題在高速機動或航天飛行等失重或微重力環境下尤為突出。例如，微重力環境下衛星貯箱中的液體燃料晃動后，通常需要數十至數百秒才能穩定下來。

貯箱防晃技術的基本原理是，利用外部裝置，增大液體晃動的阻尼，從而加速晃動液體的穩定進程。目前普遍采用的防晃技術包括，在貯箱壁面安裝一定形狀（如圓形、環形、矩形等）的防晃貼片，或者是將貯箱分割成多個獨立艙室。這些技術在一定程度上緩解了貯箱液體晃動對整個承載系統的潛在安全威脅，但是晃動的問題沒有從根本上解決。

發明內容

針對上述運動貯箱內的液體晃動問題，本申請提供了一種更有效的防晃裝置設計方案。該裝置整體結構設計巧妙、緊湊，加工及安裝方便、成本低，并且能夠顯著提高貯箱在各種充液比及運動環境下的防晃效果。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：適用于運動液體貯箱的肋板式防晃裝置，其特征在于，所述防晃裝置包括矩形貯箱，所述矩形貯箱內設置有肋板式防晃組件，所述防晃組件包括“Z”字型肋板以及設置在肋板上的窗式結構。

作為本發明的一種改進，在“Z”字型肋板上布置的一系列窗式結構沿高度方向呈對稱布置。

作為本發明的一種改進，所述肋板高為h，“Z”字型波長為λ；在“Z”字型肋板上布置的一系列窗式結構沿高度方向呈對稱布置，窗式結構的開窗寬度、長度、角度及開窗間距分別記為a、b、β、c。

作為本發明的一種改進，矩形貯箱長L、寬B、高H，防晃組件特征參數h、λ、a、b、β、c的合理取值范圍如下：h=0.5H~0.8H，λ=B/4~B/2，a=0.2λ~0.4λ，b=0.1a~2.0a，β=60°~120°，c=0.2b~1.0b。由于不同工程領域中的液體貯箱尺寸范圍差別非常大（貯箱長度范圍約為L=0.5m~50m、寬度范圍約為B=0.5m~10m、高度范圍約為H=0.1m~10m），因此這里以貯箱尺寸為參照來描述肋板式防晃裝置的特征參數。當貯箱長度L數倍于其寬、高尺度時，可沿長度方向布置多個肋板式防晃裝置。此時，防晃裝置的布置間距可取d=1.0λ~5.0λ。

作為本發明的一種改進，所述防晃組件采用鋼、鋁、鋁合金或復合材料制造。經濟耐用。

作為本發明的一種改進，所述防晃組件的數量至少為一個。

相對于現有技術，本發明的優點如下：1）該技術方案整體結構設計巧妙，結構緊湊，2）該技術方案將“Z”字型肋板201與豐富的窗式幾何體202相結合，可以在晃動液體系統中觸發更多維度、更大尺度范圍（旋渦尺度范圍從數倍λ細分至λ/4甚至微小尺度）的旋渦流動結構，同時窗式結構還有助于在肋板兩側的晃動液體之間快速實現質量、動量和能量“削峰填谷”，正是這些技術優勢，使得本設計方案可以使運動貯箱內的液體快速穩定下來。一般地，本申請方案的晃動液體穩定速度可以比現有設計方案快一個量級；3）該技術方案成本交底，便于大規模的推廣應用。

附圖說明

圖1為本發明整體結構示意圖；

圖2為窗式結構示意圖；