一種飛行器燃油系統(tǒng)重心位置的數(shù)字化實(shí)時(shí)確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛行器燃油系統(tǒng)重心確定技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛行器燃油系統(tǒng)重 心位置的數(shù)字化實(shí)時(shí)確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行器飛行過程中，飛行姿態(tài)的變化會引起飛行器燃油系統(tǒng)的晃動(dòng)，燃油晃動(dòng)改 變了燃油的重心，進(jìn)而引起全機(jī)重心分布的變化。快速、實(shí)時(shí)獲取飛行器燃油重心位置的變 化，確定全機(jī)重心分布對操控飛行器飛行穩(wěn)定性至關(guān)重要。常規(guī)采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)求解 飛行器燃油晃動(dòng)的方法，在求解燃油控制方程時(shí)需要?jiǎng)澐钟?jì)算網(wǎng)格，而實(shí)際燃油晃動(dòng)時(shí)其 自由液面極其不規(guī)則，甚至?xí)l(fā)生破碎、飛濺，引起網(wǎng)格畸變，最終導(dǎo)致計(jì)算終止。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種飛行器燃油系統(tǒng)重心位 置的數(shù)字化實(shí)時(shí)確定方法，提高了燃油系統(tǒng)重心位置的實(shí)時(shí)解算效率和精度。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0005] -種飛行器燃油系統(tǒng)重心位置的數(shù)字化實(shí)時(shí)確定方法，包括以下步驟：
[0006] 1)根據(jù)飛行器燃油系統(tǒng)貯油箱的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，即總長、總寬、總高構(gòu)建貯油箱結(jié) 構(gòu)的數(shù)字化模型，此模型限定了燃油空間運(yùn)動(dòng)界限；
[0007] 2)獲取貯油箱內(nèi)的燃油油量信息和初始時(shí)刻燃油液位信息；
[0008] 3)將貯油箱內(nèi)的連續(xù)性燃油粒子化近似與離散成一系列具有獨(dú)立質(zhì)量的相互作 用的燃油粒子，這些燃油粒子即為后續(xù)的解算對象，燃油粒子所占據(jù)的空間即為后續(xù)的粒 子化燃油數(shù)字計(jì)算域；
[0009] 4)施加粒子化燃油數(shù)字計(jì)算域的邊界條件；
[0010] 5)基于飛行器飛行姿態(tài)，確定燃油系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)；
[0011] 6)實(shí)時(shí)解算粒子化燃油系統(tǒng)數(shù)字計(jì)算模型，即燃油粒子控制方程；
[0012] 7)實(shí)時(shí)解算燃油系統(tǒng)重心位置坐標(biāo)（xt，yt，zt);
[0013] 8)最終獲取燃油系統(tǒng)重心位置坐標(biāo)（xt，yt，zt)隨時(shí)間的變化曲線。
[0014] 所述的步驟3)中連續(xù)性燃油粒子化近似與離散，包含以下步驟：
[0015] 3. 1)采用光滑核函數(shù)對描述燃油特性的連續(xù)函數(shù)，即N-S方程進(jìn)行核近似；
[0016] 具體為采用下式對描述燃油特性的連續(xù)函數(shù)f(x)進(jìn)行核近似：
[0017]
[0018] 其中，W為任一光滑核函數(shù)，h為決定光滑核函數(shù)支持域尺寸的光滑長度，x為核 函數(shù)中心點(diǎn)燃油粒子的空間坐標(biāo)，X'為燃油粒子x的支持域內(nèi)其他任一燃油粒子的空間坐 標(biāo)，Q為燃油粒子x的支持域，即粒子化燃油數(shù)字計(jì)算域；
[0019]3. 2)應(yīng)用粒子近似對核近似方程進(jìn)行近似估算，方法是采用核函數(shù)支持域內(nèi)所有 粒子相關(guān)值的疊加求和取代核近似方程中相對應(yīng)的積分項(xiàng)；
[0020] 具體是將粒子j處的無窮小體元dx'用粒子j的體積AI代替，實(shí)現(xiàn)方程的粒子 化近似，則函數(shù)f(x)經(jīng)過粒子化近似后的表達(dá)式為：
[0021]
[0022] 其中，N為離散后燃油粒子的總數(shù)，
[0023] 若粒子j的密度為P」，則粒子j的質(zhì)量叫=P』?AVj，
[0024] 函數(shù)f(x)進(jìn)一步修改為
1則粒子i處描述燃油特性 的連續(xù)函數(shù)f(x)的粒子化近似表達(dá)式為：
[0025]
[0026] 所述的步驟4)中施加粒子化燃油數(shù)字計(jì)算域的邊界條件，具體包括燃油粒子空 間運(yùn)動(dòng)界限邊界的施加和燃油自由液面邊界的判定，具體為：
[0027] 針對燃油粒子空間運(yùn)動(dòng)界限邊界的施加，具體方法為：一種是在運(yùn)動(dòng)界限處設(shè)置 一組虛粒子，借助虛粒子對鄰近運(yùn)動(dòng)界限的真實(shí)粒子產(chǎn)生的排斥力來阻止真實(shí)粒子穿透運(yùn) 動(dòng)界限；另一種是在運(yùn)動(dòng)界限外部設(shè)置鏡像粒子，鏡像粒子與內(nèi)部真實(shí)粒子關(guān)于運(yùn)動(dòng)界限 對稱，鏡像粒子與真實(shí)粒子速度相反，通過施加壓力梯度防止真實(shí)粒子穿越運(yùn)動(dòng)界限；
[0028] 針對燃油自由液面邊界的判定，具體方法為：一種是因自由液面處的粒子密度是 通過周圍粒子密度的加權(quán)平均確定的，若某一粒子的密度小于實(shí)際粒子密度，則認(rèn)定該粒 子位于自由液面，并將該粒子密度強(qiáng)制等于實(shí)際粒子密度；另一種方法是若某一粒子支持 域內(nèi)的粒子數(shù)量小于內(nèi)部粒子相同尺度支持域內(nèi)的粒子數(shù)量，則認(rèn)定該粒子位于自由液 面。
[0029] 所述的步驟7)中實(shí)時(shí)解算燃油系統(tǒng)重心位置坐標(biāo)（xt，yt，zt)，任一t時(shí)刻燃油系 統(tǒng)的重心空間位置的三維坐標(biāo)（xt，yt，zt)分別由以下公式確定：
[0030]
[0031] 其中，X;，y;，別為燃油粒子i在t時(shí)刻的坐標(biāo);m;為燃油粒子i的質(zhì)量；N為 燃油粒子數(shù)目。
[0032] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明依次對描述燃油特性的連續(xù)函數(shù)進(jìn)行核近似和粒子近 似，將連續(xù)燃油離散化成一系列具有獨(dú)立質(zhì)量的相互作用的燃油粒子，通過解算燃油粒子 控制方程，獲取所有燃油粒子的空間坐標(biāo)，進(jìn)而解算出燃油系統(tǒng)重心位置的空間坐標(biāo)，連續(xù) 燃油經(jīng)粒子化近似和離散后，解算過程無需劃分計(jì)算網(wǎng)格，避免了網(wǎng)格畸變問題，解算效率 高、精度好。
【附圖說明】
[0033] 圖1是油箱內(nèi)部連續(xù)燃油粒子化近似和離散示意圖，其中圖1(a)為粒子化近似和 離散前的示意圖，其中圖1(b)為粒子化近似和離散后的示意圖。
[0034] 圖2是虛粒子法定義空間運(yùn)動(dòng)界限邊界示意圖。
[0035] 圖3是鏡像粒子法定義空間運(yùn)動(dòng)界限邊界示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0037] -種飛行器燃油系統(tǒng)重心位置的數(shù)字化實(shí)時(shí)確定方法，包括以下步驟：
[0038] 1)根據(jù)飛行器燃油系統(tǒng)貯油箱的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，即總長、總寬、總高構(gòu)建貯油箱結(jié) 構(gòu)的數(shù)字化模型，此模型即限定了燃油空間運(yùn)動(dòng)界限；
[0039] 2)獲取貯油箱內(nèi)的燃油油量信息和初始時(shí)刻燃油液位信息，如圖1 (a)所示；
[0040] 3)將貯油箱內(nèi)的連續(xù)性燃油粒子化近似與離散成一系列具有獨(dú)立質(zhì)量的相互作 用的燃油粒子，這些燃油粒子即為后續(xù)的解算對象，燃油粒子所占據(jù)的空間即為后續(xù)的粒 子化燃油數(shù)字計(jì)算域，如圖1(b)所示；
[0041] 連續(xù)性燃油粒子化近似與離散，包含以下步驟：
[0042]3. 1)采用光滑核函數(shù)對描述燃油特性的連續(xù)函數(shù)，即N-S方程進(jìn)行核近似；
[0043] 具體為采用下式對描述燃油特性的連續(xù)函數(shù)f(x)進(jìn)行核近似：
[0044]
[0045] 其中，W為任一光滑核函數(shù)，h為決定光滑核函數(shù)支持域尺寸的光滑長度，x為核 函數(shù)中心點(diǎn)燃油粒子的空間坐標(biāo)，X'為燃油粒子x的支持域內(nèi)其他任一燃油粒子的空間坐 標(biāo)，Q為燃油粒子x的支持域，即粒子化燃油數(shù)字計(jì)算域；
[0046] 3. 2)應(yīng)用粒子近似對核近似方程進(jìn)行近似估算，方法是采用核函數(shù)支持域