[發明專利]一種用于軟管式空中加油對接模擬試驗裝置的設計方法

有效

• 申請號: 202210277521.6
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114476123B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 史曉軍;閆昱;吳軍強;陶洋;吳繼飛;陳植;劉大偉;楊振華;賈巍;徐揚帆;李陽;曾開春;張昌榮;劉光遠;劉祥;劉超;楊可朋
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: B64F5/60
• 分類號: B64F5/60
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 李彪;武玥

本發明公開了一種用于軟管式空中加油對接模擬試驗裝置的設計方法，所述方法包括：步驟1)建立軟管式空中加油對接模擬裝置的相似準則，所述空中加油對接模擬裝置包括加油機、加油軟管、傘錐和受油機；步驟2)基于相似準則，結合柔性多體動力學，建立空中加油對接模擬裝置的動力學模型；步驟3)根據模擬試驗要求，基于動力學模型，根據相似準則實現軟管式空中加油對接模擬裝置的設計，利用多體動力學求解器計算受油機對接傘錐后軟管的動力學響應，進而實現加油對接過程中加油軟管和傘錐的動態現象及動態特性的模擬。

技術領域

本發明屬于航空技術領域，尤其涉及一種用于軟管式空中加油對接模擬試驗裝置的設計方法。

背景技術

空中加油，是當今航空領域，特別是軍用飛行器在不著陸條件下，實現燃油快速補給、提升戰機滯空時間、及時投入戰場作戰的重要技術手段；它對于增加戰機航程與掛載能力，擴大作戰半徑具有重要意義，是飛機作戰效能的倍增器。

從世界范圍看，根據加油管路的不同設計，空中加油可以分為軟管加油和硬管加油兩種方式。硬管加油系統主要由伸縮管、壓力加油機構、控制舵和監控裝置等組成。該系統優點是耐壓性好，可采用增壓設備提高輸油速度；缺點是系統復雜，對飛行控制、加油系統制造技術要求比較高，成本也較高。我國的空中加油技術，普遍采用“軟管+錐套”的軟管式加油系統。

軟管加油系統的優點是結構簡單、成本較低，一架加油機可同時安裝多套系統，實現同時為多架飛機加油。軟管加油系統因其自身具有一定柔性，故對加油機和受油機的相對位置、飛行穩定性要求相對較低；但其缺點是對于氣流擾動比較敏感，軟管柔性材料形變、燃油輸出壓力、大氣紊流/陣風擾動、加油機尾流(如圖1所示)、機體振動、受油機頭波等內外干擾因素的影響。同時，在對接過程中對于受油機的操控(如：對接沖擊速度)要求較高，操作不當輕則導致加油操作的失敗，重則致使加受油機受損、危及飛行安全。這其中，容易出現一種極具破壞力的現象，加油軟管由于受油機與錐套對接沖擊力作用而過度松弛，從而誘發劇烈甩動，即“鞭甩”現象。

在軟管式空中加油過程中出現的一系列動態、非定常、非穩態現象，是空氣動力學、多體動力學、機械/材料學、自動控制等多學科耦合作用的結果。這些現象，制約了空中加油任務的成功率，并對飛行安全造成嚴重影響。研究并揭示這些現象形成的內在機理與成因，并建立地面模擬試驗技術，提出有效的抑制/解決措施，優化加受油系統設計，對于提高空中加油的安全性、可靠性具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提出了一種用于軟管式空中加油對接模擬試驗裝置的設計方法。

為了實現上述目的，本發明提出了一種用于軟管式空中加油對接模擬試驗裝置的設計方法，所述方法包括：

步驟1)建立軟管式空中加油對接模擬試驗裝置的相似準則，所述空中加油對接模擬裝置包括加油機、加油軟管、傘錐和受油機；

步驟2)基于相似準則，結合柔性多體動力學，建立空中加油對接模擬試驗裝置的動力學模型；

步驟3)根據模擬試驗要求，基于動力學模型，根據相似準則實現軟管式空中加油對接模擬裝置的設計，利用多體動力學求解器計算受油機對接傘錐后軟管的動力學響應，進而實現加油對接過程中加油軟管和傘錐的動態現象及動態特性的模擬。

作為上述方法的一種改進，所述步驟1)具體包括：

建立流體動力學相似準則和結構動力學相似準則，其中，

所述流體動力學相似準則包括：幾何外形相似、速度場相似、動壓相似、流場壓縮性相似和重力影響相似；

所述結構動力學相似準則包括：質量分布相似、固有頻率相似、振型相似和剛度分布相似。

作為上述方法的一種改進，所述流體動力學相似準則滿足下式：

λ_V＝1