基于有限元网格的飞机燃油晃动等效建模
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中国科协青年人才托举工程(YESS20220545),河南省重点研发与推广专项(222102240124、232102220027、242102220052),河南省高等学校重点科研项目(23A590003),河南省高等学校青年骨干教师培养计划(2021GGJS113)


An Equivalent Mechanical Model for Aircraft Fuel Sloshing Based on Finite Element Mesh
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    摘要:

    飞机油箱内的燃油晃动会对油箱壁面产生显著的作用力与作用力矩,进而影响飞机的动力学特性.因此,为实现燃油晃动力和晃动力矩的准确、快速预测,本研究基于有限元网格建立单摆等效力学模型.针对副油箱和机翼油箱内充液比为50%的燃油为研究对象,通过该力学模型预测了油箱在俯仰、滚转和偏航三种典型飞行工况下燃油的晃动力、晃动力矩及质心运动特性.进一步将预测结果与计算流体动力学仿真结果进行对比,验证了该等效模型在燃油晃动动力学响应预测中的准确性.

    Abstract:

    Fuel sloshing within aircraft fuel tanks can generate significant forces and moments on the tank walls, thereby affecting the aircraft’s dynamic characteristics. To enable accurate and efficient prediction of sloshing-induced forces and moments, this study develops an equivalent pendulum mechanical model based on the finite element method. The study focuses on fuel within auxiliary and wing tanks at a 50% fill ratio. Using this model, the sloshing forces, moments, and the motion of the fuel’s center of mass are predicted under three typical flight conditions: pitch, roll, and yaw. The predicted results are further compared with those from computational fluid dynamics simulations, demonstrating the accuracy of the proposed model in capturing the dynamic response of fuel sloshing.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

李斌,苗楠,闫佳君,杜亚航,王森.基于有限元网格的飞机燃油晃动等效建模[J].动力学与控制学报,2026,24(1):75~83; Li Bin, Miao Nan, Yan Jiajun, Du Yahang, Wang Sen. An Equivalent Mechanical Model for Aircraft Fuel Sloshing Based on Finite Element Mesh[J]. Journal of Dynamics and Control,2026,24(1):75-83.

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  • 收稿日期:2025-05-14
  • 最后修改日期:2025-07-25
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  • 在线发布日期: 2026-01-15
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