A simulation model for small aircraft fuel system design

• Autorzy: Mazzitelli Leonardo , Watanabe Paulo , Teixeira José C. , Machado José

Identyfikatory

DOI

10.7862/tiam.2023.4.4

Warianty tytułu

PL

Model symulacyjny projektowania układu paliwowego małych samolotów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An aircraft fuel system is responsible for storing, managing and properly delivering fuel to the engines. Fuel systems models are used to simulate various configurations and analyse how the system responds to different flight conditions and failure scenarios. In this paper, a generic aircraft fuel system model architecture is proposed and modelled using MATLAB and Simulink’s Simscape add-on to analyse the pressure and flow rate variations in different locations of the system. The model capabilities are explored with meaningful simulations and analyses focused on the feed and transfer functions, such as the sensitivity analysis of the scavenge jet pump, showing that the position where the jet pump is assembled in the wing can highly impact its performance. Additionally, the wing dihedral is modelled and simulated to prove that a positive dihedral angle benefits the fuel transfer and helps minimize unusable fuel quantities. The results also demonstrate how computational tools such as Simscape Fluids can be integrated with MATLAB and used on the system’s modelling, providing a reference for small aircraft fuel system design and an approach for analysing complicated non-linear systems.

PL

Układ paliwowy samolotu odpowiada za przechowywanie, zarządzanie i prawidłowe dostarczanie paliwa do silników. Modele układów paliwowych służą do symulacji różnych konfiguracji i analizy reakcji systemu na różne warunki lotu i scenariusze awarii. W tym artykule zaproponowano ogólną architekturę modelu układu paliwowego samolotu, którą zamodelowano przy użyciu programu MATLAB i dodatku Simulink Simscape w celu analizy zmian ciśnienia i natężenia przepływu w różnych lokalizacjach układu. Możliwości modelu bada się za pomocą znaczących symulacji i analiz skupiających się na funkcjach zasilania i przenoszenia, takich jak analiza czułości przepłukiwania pompy strumieniowej, pokazująca, że położenie pompy strumieniowej zamontowanej w skrzydle może mieć duży wpływ na jej działanie. Dodatkowo modeluje się i symuluje dwuścienny skrzydło, aby wykazać, że dodatni kąt dwuścienny korzystnie wpływa na transfer paliwa i pomaga zminimalizować nieużyteczne ilości paliwa. Wyniki pokazują również, w jaki sposób narzędzia obliczeniowe, takie jak Simscape Fluids, można zintegrować z MATLAB-em i wykorzystać w modelowaniu systemu, zapewniając odniesienie do projektowania układów paliwowych małych samolotów i podejście do analizy skomplikowanych układów nieliniowych.

Słowa kluczowe

EN

aircraft fuel systems; system modelling; Simscape

PL

układ paliwowy statku powietrznego; modelowanie systemu; Simscape

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 4
• Strony: 28--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Mazzitelli Leonardo

• MEtRICs Research Center, University of Minho, 4800-058, Guimarães, Portugal

autor

Watanabe Paulo

• Propulsion Systems Department, CEiiA, 7005-841, Évora, Portugal

autor

Teixeira José C.

• MEtRICs Research Center, University of Minho, 4800-058, Guimarães, Portugal

autor

Machado José

• MEtRICs Research Center, University of Minho, 4800-058, Guimarães, Portugal

Bibliografia

• 1. Brzozowska, J., Gola, A., & Kulisz, M. (2023). Problems of forecasting the length of the assembly cycle of complex products realized in the MTO (make-to-order) model. Technologia i Automatyzacja Montażu, 121(3), 13-20. https://doi.org/10.7862/tiam.2023.3.2
• 2. do Nascimento Pinheiro, N. R., & Góes, L. C. S. (2017). Modeling and simulation of a single engine aircraft fuel system. Proceedings of 15: Th Scandinavian International Conference on Fluid Power, June 7-9, 2017, Link{\"o} ping, Sweden, 45-50.
• 3. Ellström, H., & Gavel, H. (2013). Simulation of Cavitation and Pressure Surge: An Engineering Approach. Journal of Aircraft, 50(4), 1038-1045. https://doi.org/10.2514/1.C031886
• 4. Feng, D., Jiang, C., Lu, M., Li, S., & Ye, C. (2022). Simulation of One Aircraft Fuel Supply System Based on AMESim. 2022 14th International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation (ICMTMA), 812-818. https://doi.org/10.1109/ICMTMA54903.2022.00166
• 5. Glover, W., & Lygeros, J. (2004). A Stochastic Hybrid Model for Air Traffic Control Simulation. International Workshop on Hybrid Systems: Computation and Control, 372-386. https://doi.org/10.1007/978-3-540-24743-2_25
• 6. Hutchison, M., Lenoble, G., Badiali, U., Sommerer, Y., Verseux, O., & Desmet, E. (2014). Jet Engine Fuel System Integration in Aircraft Environment - Methodology for Pressure Surge Simulation through Model-Based System Engineering. SAE International Journal of Aerospace, 7(1), 2014-01-2135. https://doi.org/10.4271/2014-01-2135
• 7. Jimenez, J.F., Giron-Sierra, J.M., Insaurralde, C., & Seminario, M. (2007). A simulation of aircraft fuel management system. Simulation Modelling Practice and Theory, 15(5), 544-564. https://doi.org/10.1016/j.simpat. 2007.01.007
• 8. Li, C., Yang, H., Liu, S., Feng, S., Xu, L., & Wang, Z. (2023). Performance Analysis and Optimization of Fuel Tank Ground-Based Washing Inerting on Unmanned Aerial Vehicles. Aerospace, 10(3), 244. https://doi.org/10.3390/aerospace10030244
• 9. Liu, M., Wang, Z., & Ren, J. (2022). Study on impact pressure and ventilation capability of aircraft pressure refueling system. CSAA/IET International Conference on Aircraft Utility Systems (AUS 2022), 745-750. https://doi. org/10.1049/icp.2022.1653
• 10. Ming, W. H., Hawari, M. Z. K., & Apandi, N. I. (2021). Mathematical modeling on application of wireless networks for industrial automation-factory automation. Journal of Physics: Conference Series, 1988(1), 012024. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1988/1/012024
• 11. Tiwari, A., & Harrison, J. (2019). Simulation of Aircraft Fuel System with Complex 3D Tank Geometry Using a 1D Flow Solution. AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum. https://doi.org/10.2514/6.2019-4360
• 12. Tu, Y., Chen, X., Yin, L., Zheng, Q., & Zeng, Y. (2022). Numerical Study on Pipeline Pressure Surge of the Large Aircraft Fuel System. Shock and Vibration, 2022, 1-13. https://doi.org/10.1155/2022/7529857
• 13. Valente, E., Avram, C., Astilean, A., & Machado, J. (2022). A systematic approach for microscopic models based on cellular automata for road traffic. Technologia i Automatyzacja Montażu, 14-27. https://doi.org/10.7862/tiam.2022.1.2
• 14. Yue, Z., Guiping, L., Yi, T., & Mao, X. (2010). Conceptual Design and Dynamic Simulation of Thermal Management for Fighter Aircraft Fuel System. AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference. https://doi.org/10.2514/6.2010-8087

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).