用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)壓數(shù)據(jù)或者計(jì)算流體力學(xué)專業(yè)提供的部件壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)，可以 計(jì)算求解飛機(jī)在指定工況下的部件總載荷和分布載荷，以供強(qiáng)度專業(yè)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算分析。
[0003] 飛行載荷專業(yè)把風(fēng)洞測(cè)壓數(shù)據(jù)或者計(jì)算流體力學(xué)專業(yè)提供的壓力分布數(shù)據(jù)處理 成飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的常規(guī)方法是剖面積分法。這種方法的核心是對(duì)飛機(jī)部件進(jìn)行投影， 并在投影面內(nèi)獲取計(jì)算部件氣動(dòng)載荷的基本要素（如作用中心、面積、力臂等），這些因素 往往需要手動(dòng)操作獲取，而手動(dòng)獲取這些要素的工作量大、操作復(fù)雜、完成周期長(zhǎng)，如果部 件構(gòu)型發(fā)生變化，返工周期長(zhǎng)，效率低下。并且，這種方法無(wú)法考慮飛機(jī)部件的真實(shí)外形，特 別是對(duì)形狀不規(guī)則的小部件，計(jì)算精度不足，計(jì)算效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法和系統(tǒng)，其 可克服現(xiàn)有技術(shù)方法（剖面積分法）和系統(tǒng)的上述缺陷。
[0005] 本發(fā)明的以上目的通過一種用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法 包括：
[0006] 輸入飛機(jī)部件外形數(shù)模、壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算工況；
[0007] 結(jié)合所述飛機(jī)部件外形數(shù)模和所述壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)，采用網(wǎng)格化向量法獲得力系 數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0008] 基于所述力系數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，插值獲得所述計(jì)算工況下的力系數(shù)與力矩系 數(shù)，進(jìn)而獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
[0009] 根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法能起到以下有益 技術(shù)效果：網(wǎng)格化向量法數(shù)學(xué)原理正確，實(shí)施操作容易便捷，對(duì)于處理飛機(jī)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的氣 動(dòng)載荷具有顯著的優(yōu)越性，可以大大提高工作效率；網(wǎng)格化向量法具有普適性，適用于飛機(jī) 任何部件的氣動(dòng)載荷求解，并且能夠考慮飛機(jī)外形，優(yōu)于傳統(tǒng)的剖面積分法。
[0010] 較佳的是，采用網(wǎng)格化向量法獲得力系數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)包括：
[0011] 對(duì)所述飛機(jī)部件外形數(shù)模進(jìn)行網(wǎng)格化以獲取網(wǎng)格點(diǎn)庫(kù)和鉸鏈軸點(diǎn)；
[0012] 基于所述網(wǎng)格點(diǎn)庫(kù)和所述鉸鏈軸點(diǎn)獲得網(wǎng)格中心，構(gòu)造出基礎(chǔ)向量；
[0013] 基于所述壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)插值獲得網(wǎng)格中心處壓力數(shù)據(jù)；
[0014] 基于構(gòu)造出的基礎(chǔ)向量，通過空間向量法獲得網(wǎng)格氣動(dòng)力與力矩的幾何要素；
[0015] 基于網(wǎng)格中心處壓力數(shù)據(jù)與網(wǎng)格氣動(dòng)力與力矩的幾何要素，利用力與力矩公式求 解出各個(gè)網(wǎng)格的氣動(dòng)載荷；
[0016] 對(duì)各個(gè)網(wǎng)格的氣動(dòng)載荷進(jìn)行積分以獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷；
[0017] 對(duì)所述飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷進(jìn)行無(wú)量綱化以構(gòu)造出所述力系數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0018] 根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法能起到以下有益 技術(shù)效果：通過合適的網(wǎng)格化向量法流程設(shè)計(jì)，更準(zhǔn)確、高效地獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
[0019] 較佳的是，所述網(wǎng)格氣動(dòng)力與力矩的要素庫(kù)包括氣動(dòng)要素和幾何要素。
[0020] 根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法能起到以下有益 技術(shù)效果：進(jìn)一步準(zhǔn)確、高效地獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
[0021] 較佳的是，所述氣動(dòng)要素包括動(dòng)壓和網(wǎng)格中心處壓力系數(shù)。
[0022] 根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法能起到以下有益 技術(shù)效果：更進(jìn)一步準(zhǔn)確、高效地獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
[0023] 較佳的是，所述幾何要素包括網(wǎng)格單位法向向量、網(wǎng)格面積、網(wǎng)格氣動(dòng)力力臂、以 及網(wǎng)格氣動(dòng)力與鉸鏈軸夾角。
[0024] 根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法能起到以下有益 技術(shù)效果：更進(jìn)一步準(zhǔn)確、高效地獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
[0025] 本發(fā)明的以上目的還通過一種用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述系 統(tǒng)包括：
[0026] 輸入模塊，用于輸入飛機(jī)部件外形數(shù)模、壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算工況；
[0027]網(wǎng)格化向量法模塊，用于結(jié)合所述飛機(jī)部件外形數(shù)模和所述壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)，采 用網(wǎng)格化向量法獲得力系數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0028] 插值模塊，用于基于所述力系數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，插值獲得所述計(jì)算工況下的 力系數(shù)與力矩系數(shù)，進(jìn)而獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
[0029] 根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的系統(tǒng)能起到以下有益 技術(shù)效果：網(wǎng)格化向量法數(shù)學(xué)原理正確，實(shí)施操作容易便捷，對(duì)于處理飛機(jī)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的氣 動(dòng)載荷具有顯著的優(yōu)越性，可以大大提高工作效率；網(wǎng)格化向量法具有普適性，適用于飛機(jī) 任何部件的氣動(dòng)載荷求解，并且能夠考慮飛機(jī)外形，優(yōu)于傳統(tǒng)的剖面積分法。
[0030] 較佳的是，所述網(wǎng)格化向量法模塊包括：
[0031]點(diǎn)庫(kù)獲取子模塊，用于對(duì)所述飛機(jī)部件外形數(shù)模進(jìn)行網(wǎng)格化以獲取網(wǎng)格點(diǎn)庫(kù)和鉸 鏈軸點(diǎn)；
[0032] 基礎(chǔ)向量構(gòu)造子模塊，用于基于所述網(wǎng)格點(diǎn)庫(kù)和所述鉸鏈軸點(diǎn)獲得網(wǎng)格中心，構(gòu) 造出基礎(chǔ)向量；
[0033] 壓力數(shù)據(jù)獲取子模塊，用于基于所述壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)插值獲得網(wǎng)格中心處壓力數(shù) 據(jù)；
[0034]幾何要素獲取子模塊，用于基于構(gòu)造出的基礎(chǔ)向量，通過空間向量法獲得網(wǎng)格氣 動(dòng)力與力矩的幾何要素；
[0035]網(wǎng)格氣動(dòng)載荷求解子模塊，用于基于網(wǎng)格中心處壓力數(shù)據(jù)與網(wǎng)格氣動(dòng)力與力矩的 幾何要素利用力與力矩公式求解出各個(gè)網(wǎng)格的氣動(dòng)載荷；
[0036] 積分子模塊，用于對(duì)各個(gè)網(wǎng)格的氣動(dòng)載荷進(jìn)行積分以獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷； [0037]無(wú)量綱化子模塊，用于對(duì)所述飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷進(jìn)行無(wú)量綱化以構(gòu)造出所述力系 數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0038]根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的系統(tǒng)能起到以下有益 技術(shù)效果：通過合適的網(wǎng)格化向量法模塊設(shè)計(jì)，更準(zhǔn)確、高效地獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
[0039]較佳的是，所述網(wǎng)格氣動(dòng)力與力矩的要素庫(kù)包括氣動(dòng)要素和幾何要素。
[0040]根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法能起到以下有益 技術(shù)效果：進(jìn)一步準(zhǔn)確、高效地獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
[0041]較佳的是，所述氣動(dòng)要素包括動(dòng)壓和網(wǎng)格中心處壓力系數(shù)。
[0042]根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法能起到以下有益 技術(shù)效果：更進(jìn)一步準(zhǔn)確、高效地獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
[0043]較佳的是，所述幾何要素包括網(wǎng)格單位法向向量、網(wǎng)格面積、網(wǎng)格氣動(dòng)力力臂、以 及網(wǎng)格氣動(dòng)力與鉸鏈軸夾角。
[0044]根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法能起到以下有益 技術(shù)效果：更進(jìn)一步準(zhǔn)確、高效地獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
【附圖說(shuō)明】
[0045]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法的流程圖。
[0046]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的網(wǎng)格化向量法的流程圖。
[0047]圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的系統(tǒng)的示意圖。
[0048]圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的網(wǎng)格化向量的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，在以下的描述中闡述了更多 的細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來(lái)實(shí) 施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演 繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0050]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法的流程圖。如圖1所 示，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，用于獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷的方法包括：輸入飛機(jī)部件外形數(shù) 模、壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算工況；結(jié)合飛機(jī)部件外形數(shù)模和壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)，采用網(wǎng)格化向 量法獲得力系數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)；基于力系數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，插值獲得計(jì)算工況下 的力系數(shù)與力矩系數(shù)，進(jìn)而獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。
[0051]飛機(jī)外形數(shù)模：能夠提供飛機(jī)部件的具體外形。
[0052]壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)：由風(fēng)洞試驗(yàn)或者計(jì)算流體專業(yè)提供的不同狀態(tài)下（例如不同馬 赫數(shù)、不同攻角、側(cè)滑角及各種控制面偏角等）的壓力分布數(shù)據(jù)。壓力分布通常指飛機(jī)部件 上不同位置處的壓力系數(shù)（壓力系數(shù)=本地壓強(qiáng)/動(dòng)壓）。
[0053] 計(jì)算工況：這里指飛機(jī)在飛行中的不同狀態(tài)。描述飛機(jī)飛行的狀態(tài)量有馬赫數(shù) (或速度）、飛行高度、動(dòng)壓、攻角、側(cè)滑角及各種控制面偏角等。
[0054]網(wǎng)格化向量法：詳見圖2。
[0055]力系數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)：_不同馬赫數(shù)、攻角、側(cè)滑角等情況下力系數(shù)與力矩系 數(shù)組成的集合。
[0056]插值：此處插值是以力系數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算工況中的不同馬赫 數(shù)、攻角、側(cè)滑角等為插值變量，插值可獲得計(jì)算工況下的力系數(shù)和力矩系數(shù)，進(jìn)而可以獲 得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷。。
[0057] 飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷：為計(jì)算工況下的部件氣動(dòng)載荷結(jié)果。
[0058] 圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的網(wǎng)格化向量法的流程圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的一 實(shí)施例，采用網(wǎng)格化向量法獲得力系數(shù)與力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)包括：對(duì)飛機(jī)部件外形數(shù)模進(jìn)行 網(wǎng)格化以獲取網(wǎng)格點(diǎn)庫(kù)和鉸鏈軸點(diǎn)；基于網(wǎng)格點(diǎn)庫(kù)和鉸鏈軸點(diǎn)獲得網(wǎng)格中心，構(gòu)造出基礎(chǔ) 向量；基于壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)插值獲得網(wǎng)格中心處壓力數(shù)據(jù)；基于構(gòu)造出的基礎(chǔ)向量，通過 空間向量法獲得網(wǎng)格氣動(dòng)力與力矩的幾何要素；基于網(wǎng)格中心處壓力數(shù)據(jù)與網(wǎng)格氣動(dòng)力與 力矩的幾何要素，利用力與力矩公式求解出各個(gè)網(wǎng)格的氣動(dòng)載荷；對(duì)各個(gè)網(wǎng)格的氣動(dòng)載荷 進(jìn)行積分以獲得飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷；對(duì)飛機(jī)部件氣動(dòng)載荷進(jìn)行無(wú)量綱化以構(gòu)造出力系數(shù)與 力矩系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0059] 壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)：與圖1中所述壓力分布數(shù)據(jù)庫(kù)相同。
[0060] 飛機(jī)外形數(shù)模：與圖1中所述飛機(jī)外形數(shù)模相同。
[0061]網(wǎng)格化：就是把飛機(jī)部件外形劃分成網(wǎng)格。
[0062] 網(wǎng)格點(diǎn)庫(kù)與鉸鏈軸點(diǎn)：經(jīng)過網(wǎng)格化得到飛機(jī)外形的所有網(wǎng)格點(diǎn)，加上鉸鏈軸點(diǎn)，有 了這些基礎(chǔ)信息，就可以通過空間向量法計(jì)算得到力與力矩的幾何要素，這正是與傳統(tǒng)方 法（大量重復(fù)冗雜的人力操作獲取幾何要素）的不同所在，需要的基本信息特別簡(jiǎn)單，只需 要網(wǎng)格點(diǎn)和鉸鏈軸點(diǎn)即可。
[0063] 構(gòu)造基礎(chǔ)向量：兩個(gè)點(diǎn)就能構(gòu)造出一個(gè)向量，每個(gè)網(wǎng)格的基礎(chǔ)向量包括：能夠代 表網(wǎng)格分塊的2個(gè)向量（可由四個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)成）、鉸鏈軸向量（可由鉸鏈軸上的任意兩個(gè)點(diǎn) 構(gòu)成）和網(wǎng)格中心點(diǎn)與任一鉸鏈軸點(diǎn)構(gòu)成的向量。
[0064] 基礎(chǔ)向量庫(kù)：由所有網(wǎng)