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摘 要:简要介绍了国内外管道加油车的发展和对水击问题研究的发展和现状,介绍了键合图法的发展和应用。
关键词:水击;仿真;管道加油车
引言
使用加油车给飞机加油,始于第二次世界大战期间。飞机加油车出口的燃油压力一定,它向飞机油箱加油,满油时飞机加油控制活门的快速关闭将引起水击,该过程中最大压力往往发生在阀口附近的管路,由于加油管路系统比较短,水击传播快,高于期望的水击压力将严重威胁到管路系统总体效能及其安全可靠性。但如果有泵源,管道达到一定长度,加油速度提高,压力增大,在设计中必须考虑水击压力的影响。
1.国内外飞机管道加油车现状
管道加油系统自五十年代问世以来,在发达国家得到了快速发展,到七十年代初发展得已经比较完善,并开始进行规范化建设。民航系统的大中型飞机以使用管道加油车为主,对不能靠近加油点的飞机,则使用罐式加油车加油。飞机管道加油车的加油能力一般划分为单管、双管和三管压力加油方式。加油流量一般是60m3/h和180m3/h。美军的加油车主要有两种类型,即汽车加油车和半挂加油车。美军研制的新型加油车,容量达80000L,加油可达4000L/min英军在90年代初装备部队的有9000L飞机加油车和18920L加油车。90年代后期,英国装备了新型15000L加油车,该车可为陆军的地面装备加油和空军的飞机加油。
2.水击的研究
2.1水击研究的历史和现状
水击引起人们的重视要追溯到十九世纪初期,许多科研工作者在这方面作了大量有益的实验研究和理论分析工作。1898年Nic01aijoukovsky首次提出了压力上升与流速变化、波速、流体密度有关,推导了波速和压力跃升的方程:1913年Loreuzo Allievi创造了水击分析的数学方法和图解法,成为这一领域其后50年研究的基础。二十世纪六十年代以来,随着高速电子计算机和现代动态测量技术的发展及数值计算方法的不断完善,使管网瞬变流分析的重点几乎完全集中到了计算机的应用上。由于应用电子计算机进行模拟计算及实验中采用了计算机进行数据采集和处理,使复杂管网的水击分析成为可能。关于管道瞬变流研究的方法的论文和专著越来越多。所有水击的分析方法不外乎是从运动方程、连续性方程或能量方程,加上状态方程和其它物理特性关系式着手。以这些基本方程为基础,加上不同的限制性假设,可得到不同的方法。
2.2短管路水击仿真研究现状
由于长输管道水击显著的破坏性,所以以上水击研究方法主要在长输管道仿真过程控制方面。近年来逐渐在复杂短管道水击仿真上取得进展。在国内哈尔滨工业大学李洪人、陈照第等人对液压管路系统的冲击仿真进行了研究,对紊流管路分段集中参数法引进了动摩擦液阻项,使管路仿真压力波动曲线与实际的管路压力冲击试验曲线吻合较好。仿真精度提高。西安交通大学的周瑞祥等人对于飞机燃油管路系统管路瞬态特性利用特征线法进行了一定的仿真研究,优化了阀门组的关启模式。
3.管道加油车水击仿真研究现状
由于计算机技术的迅猛发展,计算机可代替人们完成工程上复杂的重复计算,MATLAB计算软件中的Simulink工具箱和键合图法结合就可以完成工程上水击的研究计算。避免了大量的计算工作。键合图理论在70年代末引入我国,现在已经广泛应用于机械、自动控制、流体力学、物流管理等各个方面。50年代末由美国的H.M.Paynter教授所提出的键合图理论为此提供了有效的解决途径。几十年来,以D.C.Karnopp及R.C.Rosenberg为代表的一批学者,在键合图理论及应用的研究方面起到了重要的作用,为多能域复杂系统的动态分析奠定了基础。与其它系统动力学分析方法相比较,键合图法具有许多独道之处。可以用统一的方式处理多种能量形式并存的系统;表达系统动态性能的键合图模型结构简明,包含信息量大;可以直观地揭示组成系统各元件间的相互作用及能量转换关系,加深人们对系统动力学结构的认识;其动力学方程的建立方法具有规则化的特点,便于计算机自动生成。键图是一组由有限符号组成的双信号流图,用一系列键和简单符号就能够形象地描述系统中功率的传输、转化、储存、耗散等情况,清晰准确地表达系统结构特征及各种影响因素。它提供了一种能统一处理多种能量范畴的工程系统的动态分析法,是一种描述动力系统动态结构的有效建模工具。通过键合图可以很方便地得到方块图、传递函数或状态方程三种数学模型。由键图可以直接写出适于仿真的状态方程,状态变量一般都是系统中有实际意义的各物理变量,更利于管路系统的动态特性的仿真;如果仿真结果与实际相差较大,可以方便地改变键图及其数学模型,这是其它建模方法很难实现的。
4.结束语
通过对目前管道加油车的发展状况和研究水击的方法的了解,确定了具体针对管道加油车的水击现象,可采用键合图方法比较方便适合管路系统的工程应用,并进行仿真研究。利用键图方法和管路分段集中参数法建立管道加油车加油管路系统的键图模型,结合流体管道传输动力学理论推导出管道数学模型。根据推导的键图模型和数学模型,搭建系统的仿真模型,设定合适的仿真参数,进行不同工况下管路的动态仿真,研究压力脉动在管路系统中的传输规律。结合加油系统的参数改变,对该模型进行修改,就可进行各种工况冲击特性仿真分析,为设计提供参考依据。
关键词:水击;仿真;管道加油车
引言
使用加油车给飞机加油,始于第二次世界大战期间。飞机加油车出口的燃油压力一定,它向飞机油箱加油,满油时飞机加油控制活门的快速关闭将引起水击,该过程中最大压力往往发生在阀口附近的管路,由于加油管路系统比较短,水击传播快,高于期望的水击压力将严重威胁到管路系统总体效能及其安全可靠性。但如果有泵源,管道达到一定长度,加油速度提高,压力增大,在设计中必须考虑水击压力的影响。
1.国内外飞机管道加油车现状
管道加油系统自五十年代问世以来,在发达国家得到了快速发展,到七十年代初发展得已经比较完善,并开始进行规范化建设。民航系统的大中型飞机以使用管道加油车为主,对不能靠近加油点的飞机,则使用罐式加油车加油。飞机管道加油车的加油能力一般划分为单管、双管和三管压力加油方式。加油流量一般是60m3/h和180m3/h。美军的加油车主要有两种类型,即汽车加油车和半挂加油车。美军研制的新型加油车,容量达80000L,加油可达4000L/min英军在90年代初装备部队的有9000L飞机加油车和18920L加油车。90年代后期,英国装备了新型15000L加油车,该车可为陆军的地面装备加油和空军的飞机加油。
2.水击的研究
2.1水击研究的历史和现状
水击引起人们的重视要追溯到十九世纪初期,许多科研工作者在这方面作了大量有益的实验研究和理论分析工作。1898年Nic01aijoukovsky首次提出了压力上升与流速变化、波速、流体密度有关,推导了波速和压力跃升的方程:1913年Loreuzo Allievi创造了水击分析的数学方法和图解法,成为这一领域其后50年研究的基础。二十世纪六十年代以来,随着高速电子计算机和现代动态测量技术的发展及数值计算方法的不断完善,使管网瞬变流分析的重点几乎完全集中到了计算机的应用上。由于应用电子计算机进行模拟计算及实验中采用了计算机进行数据采集和处理,使复杂管网的水击分析成为可能。关于管道瞬变流研究的方法的论文和专著越来越多。所有水击的分析方法不外乎是从运动方程、连续性方程或能量方程,加上状态方程和其它物理特性关系式着手。以这些基本方程为基础,加上不同的限制性假设,可得到不同的方法。
2.2短管路水击仿真研究现状
由于长输管道水击显著的破坏性,所以以上水击研究方法主要在长输管道仿真过程控制方面。近年来逐渐在复杂短管道水击仿真上取得进展。在国内哈尔滨工业大学李洪人、陈照第等人对液压管路系统的冲击仿真进行了研究,对紊流管路分段集中参数法引进了动摩擦液阻项,使管路仿真压力波动曲线与实际的管路压力冲击试验曲线吻合较好。仿真精度提高。西安交通大学的周瑞祥等人对于飞机燃油管路系统管路瞬态特性利用特征线法进行了一定的仿真研究,优化了阀门组的关启模式。
3.管道加油车水击仿真研究现状
由于计算机技术的迅猛发展,计算机可代替人们完成工程上复杂的重复计算,MATLAB计算软件中的Simulink工具箱和键合图法结合就可以完成工程上水击的研究计算。避免了大量的计算工作。键合图理论在70年代末引入我国,现在已经广泛应用于机械、自动控制、流体力学、物流管理等各个方面。50年代末由美国的H.M.Paynter教授所提出的键合图理论为此提供了有效的解决途径。几十年来,以D.C.Karnopp及R.C.Rosenberg为代表的一批学者,在键合图理论及应用的研究方面起到了重要的作用,为多能域复杂系统的动态分析奠定了基础。与其它系统动力学分析方法相比较,键合图法具有许多独道之处。可以用统一的方式处理多种能量形式并存的系统;表达系统动态性能的键合图模型结构简明,包含信息量大;可以直观地揭示组成系统各元件间的相互作用及能量转换关系,加深人们对系统动力学结构的认识;其动力学方程的建立方法具有规则化的特点,便于计算机自动生成。键图是一组由有限符号组成的双信号流图,用一系列键和简单符号就能够形象地描述系统中功率的传输、转化、储存、耗散等情况,清晰准确地表达系统结构特征及各种影响因素。它提供了一种能统一处理多种能量范畴的工程系统的动态分析法,是一种描述动力系统动态结构的有效建模工具。通过键合图可以很方便地得到方块图、传递函数或状态方程三种数学模型。由键图可以直接写出适于仿真的状态方程,状态变量一般都是系统中有实际意义的各物理变量,更利于管路系统的动态特性的仿真;如果仿真结果与实际相差较大,可以方便地改变键图及其数学模型,这是其它建模方法很难实现的。
4.结束语
通过对目前管道加油车的发展状况和研究水击的方法的了解,确定了具体针对管道加油车的水击现象,可采用键合图方法比较方便适合管路系统的工程应用,并进行仿真研究。利用键图方法和管路分段集中参数法建立管道加油车加油管路系统的键图模型,结合流体管道传输动力学理论推导出管道数学模型。根据推导的键图模型和数学模型,搭建系统的仿真模型,设定合适的仿真参数,进行不同工况下管路的动态仿真,研究压力脉动在管路系统中的传输规律。结合加油系统的参数改变,对该模型进行修改,就可进行各种工况冲击特性仿真分析,为设计提供参考依据。