(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111622332.X (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 郭京辉　林贵平　刘勇　 (74)专利代理 机构 北京天汇航智知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11987 代理人 黄川　史继颖 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种飞行包线下飞机油箱内燃油温度的动 态快速预测方法 (57)摘要 一种飞行包线下飞机油箱内燃油温度的动 态快速预测方法， 涉及飞机平台和推进系统的燃 油热管理领域。 步骤包括： 通过CFD仿真计算得到 样本点的输出值， 采用方差分析法进行灵敏度分 析， 最后根据灵敏度法分析的结果判断输入参数 对输出参数的敏感程度； 采用拉丁超立方试验设 计在输入参数范围内取样， 基于CFD仿真计算结 果建立样 本点数据库， 然后建立代理模型并验证 代理模型的精度； 最后采用燃油温度动态预测控 制方程和数值计算方法来实时预测飞机在典型 飞行任务剖面下油箱内燃油的温度。 本发明获得 的燃油温度变化结果与工程经验符合良好， 并节 省了仿真过程的计算 量， 极大的提高了效率。 权利要求书4页 说明书22页 附图7页 CN 114117967 A 2022.03.01 CN 114117967 A 1.一种飞行包线下飞机油箱内燃油温度的动态快速预测方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： 步骤S1： 灵敏度分析， 建立飞机油箱内燃油流动换热模型， 确定模型的输入和输出参 数， 在参数范围内采用正交试验设计生 成样本点， 然后通过CFD 仿真计算得到样本点的输出 值， 采用方差分析法进行灵敏度分析， 最后根据灵敏度法分析 的结果判断输入参数对输出 参数的敏感程度； 步骤S2： 建立代 理模型， 根据灵敏度分析的结果， 去除对输出参数影响程度较低的输入 参数后， 采用拉丁超立方试验设计在输入参数范围内取样， 对 取样的样本点进 行CFD仿真计 算， 基于CFD仿真计算结果建立样本点数据库， 然后 建立代理模型， 最后采用加点验证或交 叉验证方法验证代理模型的精度； 步骤S3： 燃油温度预测， 通过飞行任务剖面获得代 理模型的输入参数， 通过代 理模型预 测得到油箱 壁面的平均对流换热系数， 采用燃油温度动态预测控制方程和数值计算方法来 实时预测飞机在典型飞行任务剖面下油箱内燃油的温度。 2.根据权利要求1所述的飞行包线下飞机油箱内燃油温度的动态快速预测方法， 其特 征在于， 在所述步骤S1 中， 所述CFD仿 真计算通过燃油流动换热的CFD模拟， 油箱内燃油流动 换热过程由质量守恒、 动量守恒及能量守恒定律共同决定， 其控制方程为Navier ‑Stokes方 程， 包括质量守恒、 动量守恒以及能量守恒方程： 式中ρ 为流体密度， u为速度矢量， p为压力， E为内能， ka为导热系数， kt为湍动导热率， 与 为切应力张量， t为时间， g为重力加速度， T为温度： 式中， μ为动力粘度系数， I为单位张量, μeff为等效粘度， 是动力粘度 μ及湍动粘度 μt之 和； 其中， μt由湍流模型获得 其中， Cμ为模型常数， k 为湍流动能， ε为动能耗散率； 使用有限体积法求解上述控制方程， 采用COUPLED算法进行压力 ‑速度耦合， 湍流模型 选用RNG k‑ε模型。 3.根据权利要求1所述的飞行包线下飞机油箱内燃油温度的动态快速预测方法， 其特 征在于， 在所述步骤S1中， 采用F值出现概率的大小推断两个总体方差是否相等或比较伴随 概率p的方法判断因素的显著性水平：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114117967 A 2若 即伴随概 率p≥0.0 5， 表明因素对考 察指标的影响不显著； 若 即0.01≤p< 0.05， 表明因素对考 察指标的影响显著； 若 即p<0.01， 表明因素对考 察指标的影响极显著。 4.根据权利要求1所述的飞行包线下飞机油箱内燃油温度的动态快速预测方法， 其特 征在于， 在所述步骤S2中， 所述采用响应面方法建立代理模 型， 是使用最小二乘回归矩阵的 数学方法将一组抽样数据点拟合为多项式函数， 形式是包含二次项和所有双因子相互作用 的二阶多 项式函数， 其表示 为： 其中， 是代理方法预测的近似响应函数， n是样本点数据库中样本的数量， β0, βi, βii和 βij是常数， 由最小二乘回归矩阵确定， xi、 xj表示输入变量。 5.根据权利要求4所述的飞行包线下飞机油箱内燃油温度的动态快速预测方法， 其特 征在于， 关于取样的数量， 有效的试验次数应该 是输入维度的10倍左右。 6.根据权利要求1所述的飞行包线下飞机油箱内燃油温度的动态快速预测方法， 其特 征在于， 在所述 步骤S2中， 衡量代理模型精度的指标为均方根 误差RMSE和决定系数R2， 其中， m是验证点的数量， 是输出参数的预测值， yi是输出参数的真实值， 是验证点 输出参数真实值的平均值， RMSE的值越小表示模型精度越高； R2的范围为0～1， R2的值越接 近1， 表示模型的精度越高。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的飞行包线下飞机油箱内燃油温度的动态快速预测方 法， 其特征在于， 在所述步骤S 3中， 油箱内燃油的流动和传热过程视为有工质进 出的开口系 统， 根据热力学第一定律， 开口系统能量方程简化 为： dEcv＝H2δ m2‑H1δ m1+δ Q 其中， δQ为控制 体从热源吸收的热量， dEcv为控制体储存能的变化， δm为流经系统边界 的工质质量， 下标1和2分别代表开口系统的进口截面和出口截面， H为焓； 即为根据油箱燃 油流动的实际问题简化的开口系统控制体的能量平衡方程， 将其应用于油箱内燃油流动换 热问题， 具体形式为 其中， c为燃油的比热容， Ai为第i个油箱壁面的面积， hi是第i个油箱壁面的平均 对流换 热系数， Tw,i,1是第i个油箱内壁面的温度， Tf为燃油的温度。 对于油箱系统， min和Tin分别是 进入油箱内燃油的质量和温度； mre和Tre分别是来自再循环系统热回油的质量和温度； mexit权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114117967 A 3