[發(fā)明專(zhuān)利]一種無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱仿真方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111586527.3
• 申請(qǐng)日: 2021-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114265331A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李高鵬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué);重慶交通大學(xué)綠色航空技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G05B17/02
• 分類(lèi)號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 陽(yáng)佑虹

本發(fā)明提供了一種無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱仿真方法，包括S1：無(wú)人機(jī)三維物理建模，對(duì)無(wú)人機(jī)三維物理模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；基于無(wú)人機(jī)三維物理模型，設(shè)置無(wú)人機(jī)模型參數(shù)，設(shè)置邊界條件，建立數(shù)學(xué)模型；S3：進(jìn)行熱仿真計(jì)算，求解得到的數(shù)學(xué)模型，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)三維溫度分布云圖，并將所述三維溫度分布云圖一維化；S4：根據(jù)得到三維溫度分布云圖一維化的數(shù)據(jù)，與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，對(duì)無(wú)人機(jī)三維物理模型進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，直至滿足預(yù)設(shè)的閾值。本發(fā)明從熱系統(tǒng)和氣動(dòng)特性?xún)蓚€(gè)角度構(gòu)建三維物理模型，通過(guò)熱仿真計(jì)算，得內(nèi)流場(chǎng)的溫度場(chǎng)及流場(chǎng)的分布情況進(jìn)行優(yōu)化，提高了優(yōu)化效率，保證了優(yōu)化的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱仿真方法。

背景技術(shù)

目前，無(wú)人機(jī)以廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)以遠(yuǎn)程操控實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛，其具備體型小的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)等核心部件均設(shè)置在機(jī)身上，絕大部分純電電推式和混合式發(fā)動(dòng)機(jī)都設(shè)置在艙內(nèi)，因此動(dòng)力艙內(nèi)部的流場(chǎng)非常紊亂，且在無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)等部件會(huì)產(chǎn)生熱量，基于無(wú)人機(jī)的較小體型，如何使無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)更好的散熱，為亟需解決的問(wèn)題。

現(xiàn)有技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)的熱仿真僅通過(guò)三維建模模擬散熱及溫度變化，并通過(guò)簡(jiǎn)單的改變布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，忽略了流場(chǎng)對(duì)散熱和溫度的影響，且優(yōu)化沒(méi)有依據(jù)和方向，優(yōu)化效率低，優(yōu)化的結(jié)果優(yōu)勢(shì)有限。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱仿真方法，通過(guò)構(gòu)建無(wú)人機(jī)的三維物理模型，同時(shí)設(shè)置流場(chǎng)區(qū)域，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場(chǎng)的溫度場(chǎng)及流場(chǎng)的分布情況，基于熱系統(tǒng)工作特性及氣動(dòng)的耦合作用，通過(guò)設(shè)置三維模型、流場(chǎng)相關(guān)參數(shù)以及邊界條件，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行仿真計(jì)算，再結(jié)合風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提供優(yōu)化的依據(jù)和方向，對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，提高優(yōu)化效率，且保證模擬結(jié)果的真實(shí)準(zhǔn)確。

本發(fā)明提供了一種無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱仿真方法，具體技術(shù)方案如下：

S1：無(wú)人機(jī)三維物理建模，獲得無(wú)人機(jī)三維物理模型，對(duì)所述無(wú)人機(jī)三維物理模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

S2：基于所述無(wú)人機(jī)三維物理模型，設(shè)置無(wú)人機(jī)模型參數(shù)，設(shè)置邊界條件，建立數(shù)學(xué)模型；

S3：進(jìn)行熱仿真計(jì)算，求解得到的數(shù)學(xué)模型，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)三維溫度分布云圖，并將所述三維溫度分布云圖一維化；

S4：根據(jù)得到所述三維溫度分布云圖一維化的數(shù)據(jù)，與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，對(duì)所述無(wú)人機(jī)三維物理模型進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，直至滿足預(yù)設(shè)的閾值。

進(jìn)一步的，步驟S1中，所述無(wú)人機(jī)三維物理建模，具體包括：

設(shè)定無(wú)人機(jī)各部件的比例參數(shù)；

設(shè)置流場(chǎng)區(qū)域，將動(dòng)力艙內(nèi)設(shè)定為內(nèi)場(chǎng)區(qū)域，無(wú)人機(jī)外設(shè)定為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域；

確定發(fā)送機(jī)艙進(jìn)風(fēng)口區(qū)域和出風(fēng)口區(qū)域的形狀大小及位置。

進(jìn)一步的，步驟S1中，所述無(wú)人機(jī)三維物理模型中，發(fā)動(dòng)機(jī)艙殼體、電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)，控制器、散熱器為封閉面模型組件，且位于同一縱軸面。

進(jìn)一步的，步驟S1中，采用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)流程區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

進(jìn)一步的，所述網(wǎng)格劃分，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制器，進(jìn)出氣口，散熱器進(jìn)行了局部網(wǎng)格加密。

進(jìn)一步的，步驟S2中，所述設(shè)置無(wú)人機(jī)模型參數(shù)，具體如下：

定義湍流類(lèi)型，選取K-ε雙方程湍流模型；

熱壁面設(shè)置，采用指定壁面熱流量方式，壁面熱流量為熱源生熱功率與表面積的比值；

設(shè)置發(fā)送機(jī)艙內(nèi)空氣流動(dòng)參數(shù)，艙內(nèi)流體設(shè)置為空氣，空氣流動(dòng)類(lèi)型設(shè)置為穩(wěn)態(tài)紊流，艙內(nèi)空氣的流動(dòng)速度馬赫數(shù)小于0.3且符合Boussinesq假設(shè)；