[发明专利]多油箱飞行器的最佳供油策略计算方法

说明书

本发明涉及多油箱飞行器的最佳供油策略计算方法，包括以下步骤:以飞行器不载油时的质心为原点构建飞行器坐标，考虑飞行器在飞行过程中瞬时俯仰角，结合质心位置坐标计算公式得到每个油箱瞬时质心位置，来判断每个油箱燃油的分布变化情况；在俯仰角的四种情况下建立起各油箱燃油截面面积与瞬时质心位置关系的表达式，找到瞬时燃油质量与质心之间的对应关系，进而根据瞬时燃油质量给出各油箱瞬时燃油质心位置；再结合质心位置坐标确定飞行器瞬时质心的坐标；利用质心坐标来得到最佳供油方案。本发明的目的是建立数学模型，求解携带多个油箱的飞行器工作时燃油消耗与飞行器整体质心平衡关系，并设计满足出约束条件的最佳供油策略。

技术领域

本发明涉及航天飞行领域，具体讲的是一种多油箱飞行器的最佳供油策略计算方法。

背景技术

随着科技的发展，飞行器已越来越广泛地应用于科学研究领域。飞行器(flightvehicle)是一类在大气层内或大气层外空间(太空)飞行的器械，依据其飞行的高度及作用可分为3类：航空器、航天器、火箭和导弹，在探测深空方面有广泛的应用前景。目前，大部分飞行器内部采用单一油箱直接供油或者主副油箱串并联供油的方式为发动机供油，进而为飞行器提供飞行动力。飞行器燃油系统在飞行器结构系统中起着十分重要的作用，其主要任务是贮存飞行器所用的燃油并为发动机提供燃料，以确保发动机在任何飞行状态下都能正常运转，因此飞行器燃油系统应具有可靠性、可控性和连续性供油的能力。于是研究油箱剩余油量对飞行器的整体质心的影响具有重要的意义。

在油箱供油过程中，不同油箱内剩余油量的分布和油箱间供油策略将导致飞行器质心的变化，对飞行器的控制有至关重要的影响。现代飞行器的燃油系统油箱的数量较多，而且容量较大，难以将它们都安装在飞行器重心附近。特别是对大型亚声速客机，它的大部分油箱是分布在离飞机重心较远的机翼内。为了在燃油消耗过程中使飞机重心的移动量不致过大，各类飞机都根据其重心的允许变化范围，规定了一定的用油顺序。因此，用油时需要考虑对飞行器重心的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是考虑到飞行器飞行过程中油箱供油对飞行器质心产生的影响，提供一种多油箱飞行器的最佳供油策略计算方法。本发明的目的是建立携带多油箱飞行器工作时燃油消耗与飞行器整体质心平衡关系的数学模型，求解出使飞行器正常航行的合适的供油策略，避免飞行器因为质心变化不能完成飞行任务。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

多油箱飞行器的最佳供油策略计算方法，包括以下步骤：

步骤S1、设飞行器携带了n个油箱，在飞行器坐标系下，第i个空油箱中心位置记为飞行器在飞行过程中瞬时俯仰角记为θ(t)，简记为θ，飞行器姿态改变仅考虑静止、平直飞和俯仰的情况，不考虑偏航和滚转飞行，故飞行器坐标系O(t)-X(t)Y(t)Z(t)中的Y(t)轴正向与惯性坐标系O-XYZ中的Y轴正向保持一致，即俯仰飞行时每个油箱燃油质心位置的Y(t)轴坐标保持不变，只需要考虑瞬时燃油质心坐标记飞行器油箱在X(t)O(t)Z(t)平面上截面矩形对角线与底边形成的夹角为θ₀，以θ₀为飞行器俯仰角θ的临界值，分θθ₀、θ-θ₀、0θθ₀和-θ₀θ0四种情况讨论油箱燃油质心位置的改变情况；

步骤S2、根据初始油量和对应的油箱供油曲线数据可以得到各油箱在t时刻的剩余燃油质量，进一步得到各油箱燃油在X(t)O(t)Z(t)坐标平面上的截面面积；在俯仰角θ的四种情况下分别分析各油箱燃油瞬时截面面积与瞬时质心位置关系的表达式，从而找到瞬时燃油质量与质心之间的对应关系，进而根据瞬时燃油质量给出各油箱瞬时燃油质心位置；