空中加油软管—锥套系统动态特性研究

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1、中图分类号：V211.3论文编号：102870115-S026学科分类号：080103硕士学位论文空中加油软管-锥套系统动态特性研究研究生姓名吴成林学科、专业流体力学研究方向计算流体力学指导教师刘学强教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchondynamiccharacteristicofhose-d

2、roguesysteminaerialrefuelingAThesisinFluidMechanicsbyWuChenglinAdvisedbyProf.LiuXueqiangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的

3、研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要空中加油在现代军事活动中具有非常重要的战略地位，作为自主空中加油技术研究基础性的一环，本文分别从加油机尾流数值模拟技术、变阻尼稳定伞的气动分析、软管-锥套系统的多体系统建模研究着手，创新性地提出一种基于流场搜索算法的空中加油软管-锥套系统运动

4、规律研究方法。在加油机尾流研究方面，本文采用基于有限体积法的现代数值模拟技术，通过求解雷诺平均的Navier-Stokes方程组以获取加油机尾流的数值解。在稳定伞气动分析方面，本文对某型适用于大包线范围加油的变阻尼稳定伞进行数值模拟分析，建立其气动阻力模型。在软管的建模方面，本文采用“刚杆-球铰”模型离散方法，建立软管多体系统模型并详细推导其运动控制方程，变长度软管的概念成功地解决了绞盘控制下软管的收放模拟问题。为建立软管-锥套系统气动模型与加油机尾流的联系，本文采用一类相邻单元搜索算法以搜寻软管-锥套节点所

5、在的流场单元。结合以上各方面研究，在最后软管-锥套系统内力约束方程采用追赶法求解，动态特性则采用Runge-Kutta法进行时间推进。采用该算法对软管-锥套系统多工况下的动态特性进行仿真，仿真结果与国内外飞行试验结果相吻合，并且相邻单元搜索算法的应用大大减少仿真时长。本文的研究成果对软管式空中加油具有一定的指导意义。关键词：软管-锥套系统；加油机尾流；多体系统；相邻单元搜索算法；动态特性；空中加油IABSTRACTAerialrefuelingplaysanimportantroleinthemilitary

6、fields.Asoneofthefoundationforthewholeautonomousaerialrefuelingresearch,thisarticlepresentsanumericalmodelwhichuseflowfieldsearchalgorithmtosimulateaerialrefuelinghose-droguesystemdynamicmotion.Thenumericalmodelconsistsofthefollowingthreeaspects:forthetanke

7、rwakeresearchpart,thetankerexternalflowfieldisobtainedbyusingacomputationalfluiddynamicsmethodbasedonfinitevolumemethodtosolveReynoldsaveragedNavier-Stokesequations;fortheparadrogueassemblyaerodynamicanalysispart,anaerodynamicdragmodelisestablishedforavaria

8、blespeeddrogue;forthehosemodelingpart,thehoseisdiscretizedintoaseriesofballhingeslinkedbymasslessrigidrodswhichformamulti-bodysystem,thegoverningequationsarederivedforthesystemandavariablehosesegmentis