CN104229157A - 一种直升机极限重心配载方法 - Google Patents

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Abstract

一种直升机极限重心配载方法，属于直升机重量设计技术，涉及一种基于优先级别顺序的快速配载得到最大转动惯量值的设计方法。其特征在于：直升机极限重心是指直升机处于极限起飞重量和极限重心状态，同时满足转动惯量值最大。转动惯量值由各配载点的重量和配载点的坐标与极限坐标的距离两者共同决定。通过对配载点距离对配载点进行优先级别顺序排序，利用优先级别顺序快速对配载点实现重量配载。本发明通过优先级顺序的方法，不仅使配载方案在配载方向上的转动惯量计算值为最大，而且具有快速方便的优点，避免了配载方案的多样性，能为直升机气动计算，结构与起落架强度设计以及飞行验证过程提供最优技术方案。

Description

一种直升机极限重心配载方法
技术领域
本发明属于直升机重量设计技术，设计一种基于优先级别顺序的快速配载得到最大转动惯量值的设计方法。
背景技术
极限重心是指对应于直升机重心包线各极限状态的点，通常以重心、重量为横、纵坐标组合定义。在直升机气动计算、结构与起落架强度设计以及飞行验证过程中，为了对极限重心下的方案或性能进行计算、评估与验证，需提供极限重心配载方案及其对应的全机转动惯量。极限重心点的配载方案是指能够使直升机处于极限重心的重量、重心分布，理论上来讲，该分布存在无数种方案，区别在于各种方案对应的转动惯量不同。为了对极限重心下的方案或性能进行计算、评估与验证，需要针对转动惯量最大的情况开展工作。
目前，直升机极限重心配载主要通过两种方式：一种是通过设计人员对配载点逐点手工配载，而配载点数量较多，因此需要反复调整配载点重量得到极限重心状态，对多方向组合的极限配载会更困难，所得结果不一定满足最大转动惯量要求，而且耗时较长。第二种是通过编程对各配载点进行迭代计算，最后获取最大转动惯量状态下的配载方案。该方法计算结果准确，但没有计算程序时则无法实现配载，特别是在外场时计算不方便。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提出一种基于优先级顺序的极限重心配载方法，以使极限配载过程更快速、准确。
本发明的技术方案：一种基于优先级顺序的极限重心配载方法，将配载点按优先级顺序排列后，并与配载点限制条件相结合，使极限重心配载更方便快捷。
一种直升机极限重心配载方法，其特征在于：
(1)确定已知参数：确定空机重量(M0)重心(X0，Y0，Z0)及空机转动惯量(Ix0，Iy0，Iz0，Ixy0，Iyz0，Izx0)、可配载点的配载重量限制Mi及重心位置(Xi，Yi，Zi)、配载方向及对应的极限重心、起飞重量M；
(2)根据配载方向上配载点的坐标与极限坐标的距离、配载方向距离与其它方向距离的组合、配载方向距离与可配载点装载要求限制的组合或其他任何影响因素与配载方向距离的加权组合确定影响最大转动惯量的因素，再根据配载点影响最大转动惯量的重要程度来排序或按照配载点的优先顺序来排序以及任何能够满足配载结果的排列方式对配载点进行优先级顺序排序；
(3)根据配载优先级顺序、配载点重量限制、起飞重量要求对各配载点进行初步重量分配；
(4)比较初步重量分配下配载方向的全机重心值与极限重心值的差异，根据配载点重量限制和第二步确定的配载优先级顺序选择两个影响小的可配载点，并计算两个可配载点在满足极限重心要求的分配重量；
(5)计算满足起飞重量和极限重心要求的全机重量重心及转动惯量，记录各配载点配载重量。
本发明关键点是：
基于最大转动惯量影响因素的优先级顺序思想，使极限重心配载方法更方便快捷。
所述的最大转动惯量影响因素可以是配载点在配载方向上的距离、与其他方向距离的组合以及与其他约束条件的组合加权。
所述的优先级顺序可以是按配载点影响最大转动惯量的重要程度来排序，也可以按照配载点的优先顺序来排序以及任何能够满足配载结果的排列方式。
本发明的有益效果：本发明极限重心配载方法，通过优先级顺序的方法，不仅使得到的转动惯量值最大，而且使配载方法更为简单、方便快捷。
附图说明
图1是本发明涉及的坐标系示意与说明。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所涉及的直升机极限重心配载方法做进
一步详细说明。
第一步：
确定已知参数：某直升机空机重量1360kg，空机重心为(3.507,0.024,-1.689),空机转动惯量为(1031.88,4861.66,4012.66,47.38，-9.93,323.76)。可配载点的配载重量限制条件见表1。要求配载使纵向满足极限重心X＝3.170,起飞重量2000kg。
表1可配载点的重量限制条件
第二步：
根据影响最大转动惯量的因素确定配载优先级顺序：
要求得到纵向极限Xm＝3.170m时的极限配载方案，则需得到Y向最大转动惯量值Iz:
Iy＝∑Mi×[(Xi–Xc)2+(Zi–Zc)2]
坐标系示意与说明见图1，X轴取逆航向为正，Y轴顺航向右侧为正，Z轴垂直于X轴、Y轴向上为正。
影响Iy计算值的因素主要是配载点与极限坐标的距离，因此选择对比(Xi–Xm)2值的大小确定优先级顺序，结果如表2。
表2优先级顺序的建立
第三步：
根据配载优先级顺序、配载点重量限制、起飞重量要求对各配载点进行初步重量分配。
由第二步中确定出配载点对Iy影响的重要程度，优先级越高的应优先装载。因此结合配载点重量限制在优先级高的配载点配载较多的重量直至达到最大重量限制，而在优先级低的配载点配载较少的重量直至达到最小限制。
表3初始配载重量表
第四步：
根据第三步初步重量分配的重量值计算全机重量重心值M＝2000kg,重心为(3.175,0.016，-1.8317)。
比较初始重量分配下纵向坐标Xc＝3.175>Xm＝3.170,初始重心坐标偏后，因此通过增加重心在极限重心前配载点的重量或减小重心在极限重心后的配载点的重量来满足极限重心配载。根据配载点重量限制，选择对最大转动惯量影响小的两个配载点完成极限重心配载。
分析初始配载情况，可以通过增加优先级①和③配载点的配载重量或减小②、④和⑤的重量实现极限重心配载。而目前①、④和⑤配载点均已达到极限值，因此采用调整②和③的配载重量完成极限重心的配载。满足:
M3+M4＝389,
M3×2.54+M4×4.6＝1142.75
经计算且取整，M3＝314，M4＝75。
第五步：
计算满足起飞重量和极限重心要求的全机重量重心及转动惯量，记录各配载点配载重量如表4。
表4配载点重量分布表
配载点 1 2 3 4 5 6
重量(kg) 120 110 314 75 0 21
计算转动惯量得：
Ix＝1126.018，Iy＝5992.653，Iz＝5050.016，
Ixy＝58.383，Iyz＝-5.270，Izx＝512.343。

Claims (3)

1.一种直升机极限重心配载方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)确定已知参数：确定空机重量重心及空机转动惯量、可配载点的配载重量限制及重心位置、配载方向及对应的极限重心、起飞重量；
(2)根据影响最大转动惯量的因素确定配载优先级顺序；
(3)根据配载优先级顺序、配载点重量限制、起飞重量要求对各配载点进行初步重量分配；
(4)比较初步重量分配下配载方向的全机重心值与极限重心值的差异，根据配载点重量限制和第二步确定的配载优先级顺序选择两个影响小的可配载点，并计算两个可配载点上满足极限重心要求的分配重量；
(5)计算满足起飞重量和极限重心要求的全机重量、重心及转动惯量，记录各配载点配载重量。
2.根据权利要求1所述的直升机极限重心配载方法，其特征在于，所述对最大转动惯量影响的重要程度是配载方向上配载点的坐标与极限坐标的距离、配载方向距离与其他方向距离的组合、配载方向距离与可配载点装载要求限制的组合或其他任何影响因素与配载方向距离的加权组合。
3.根据权利要求1所述的直升机极限重心配载方法，其特征在于，所述优先级顺序是按照配载点对最大转动惯量影响的重要程度来排序，或者，按照配载点的优先顺序来排序以及任何能够满足配载结果的排列方式。
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