CN104317996A - 一种飞机重心设计与评估方法 - Google Patents

Abstract

一种飞机重心设计与评估方法,属于飞机重量工程领域，具体涉及一种可视化飞机重心设计与评估方法。其特征在于，包括以下步骤：第一，定义飞机布局边界，完成从飞机平面布局图坐标系向飞机机体坐标系到的转换；第二，评估部件的重心。本发明的优点是：本发明技术方案实现了飞机部件重心的可视化编辑、飞机重心评估的实时化显示。相对传统方法，大幅提升了计算精度和计算效率。

Description

一种飞机重心设计与评估方法

技术领域

本发明属于飞机重量工程领域，具体涉及一种可视化飞机重心设计与评估方法。

背景技术

地球上的物体都受重力作用。飞机的各部件、系统设备以及燃料、乘员、货物等同样受重力作用，重力的合力作用点就是飞机重心。

由于货物装载位置不同和执行任务过程中燃料消耗、物资投放、武器发射等原因，飞机重心的位置会不断变化。飞机重心的变化必须控制在允许范围之内，否则影响飞机安全。因此，飞机设计过程中必须严格控制飞机重心位置。

在飞机方案设计阶段，部件、系统的重心位置可以根据经验公式进行估算，估算结果需要对比飞机平面布局和布置方案根据经验进行检查。最早是在手工绘制的飞机平面布局/布置图上“点”出部件、系统或成品的重心，后来平面布局/布置图可以利用AutoCAD等制图软件绘制，这样重心估算工作便可以通过打印出来的平面布局/布置图进行。两种方法都需要根据图面的比例尺进行坐标换算。

现代飞机设计已经有了数字化三维模型，通过实体建模软件对几何实体质量特性分析可以计算出任意复杂形状零件的重量、重心，而且无需坐标变换。但是，由于方案阶段，数字化三维模型仅仅具有外形和几何参数，也许还有主要承力构件和一些主要舱段的布置，数字化建模软件强大的质量特性分析功能没有用武之地。

发明内容

本发明的目的是：本发明旨在解决飞机方案设计阶段无法对重心进行实时性、交互性设计和评估问题，提供一种可视化重心设计与评估分析方法，并实时将部件系统的重心评估结果写入数据库，提高方案设计阶段的重心评估工作的精度和效率。

本发明的技术方案是：一种飞机重心设计与评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一，定义飞机布局边界，完成从飞机平面布局图坐标系向飞机机体坐标系到的转换：

a)在飞机机体坐标系内，设置飞机的前、后、左、右参考点，分别为X_min、X_max、Z_min、Z_max；

b)在飞机平面布局图坐标系内，设置飞机的前、后、左、右边界坐标点，P_x min、P_x max、P_z min、P_z max。

飞机平面布局坐标系向机体坐标系的坐标转换通过如下公式进行：

$X=\frac{X_{\max }-X_{\min }}{P_{x\max }-P_{x\min }}(P_x-P_{x\min })......\left(1\right)$

$Y=\frac{Y_{\max }-Y_{\min }}{P_{y\max }-P_{y\min }}(P_y-P_{y\min })......\left(2\right)$

$Z=\frac{Z_{\max }-Z_{\min }}{P_{z\max }-P_{z\min }}(P_z-P_{z\min })......\left(3\right)$

第二，评估部件的重心：

a)选中待评估的部件；

b)在飞机平面布局图中，指定该部件的重心位置，即获得该部件重心在飞机平面布局图坐标系的坐标；如认为指定的重心位置没有问题，则可应用新位置作为部件的重心，调整后新的重心坐标实时显示在飞机平面布局图中。

飞机机体坐标系：计算飞机重心的空间直角坐标系，通常X轴逆航向为正；Y轴垂直于水平基准面向上；Z轴符合右手规则。

飞机的前、后、左、右参考点：在机体坐标系中，对应飞机X方向坐标最小值、最大值和Z方向坐标最小值、最大值；

飞机平面布局坐标系：不考虑飞机平面布局图比例尺时，用来定义飞机平面布局图的坐标系。

本发明的优点是：本发明技术方案实现了飞机部件重心的可视化编辑、飞机重心评估的实时化显示。相对传统方法，大幅提升了计算精度和计算效率。

附图说明

图1是一种飞机重心设计与评估方法示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图1对本发明作进一步详细的描述。

1)设定飞机前、后、左、右参考点坐标，如：

前边界点：1.000米；

后边界点：20.000米；

左边界点：7.000米；

右边界点：-7.000米；

2)准备飞机平面布局图并加载到评估系统，如图1；

3)在重心评估系统中，标定飞机前、后、左、右参考点位置，如；

前参考点：15；

后参考点：22430；

左参考点：15；

右参考点：14325；

4)依次遍历待评估重心的部件，根据公式(1)、(2)、(3)计算出的部件的重心会显示在平面布局图上。如在平面布局坐标系中，飞机纵向重心X的坐标为10000，则在飞机机体坐标系中的纵向重心坐标是：

5)设计者的经验或总体布置方案的调整，在平面布局图中指定部件重心位置，部件的重心随即移动到指定的位置，然后选择应用，即可完成对该部件重心的评估，评估结果被实时写入数据库，同时显示出全机重心的变化。

Claims (1)

1.一种飞机重心设计与评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一，定义飞机布局边界，完成从飞机平面布局图坐标系向飞机机体坐标系到的转换：

a)在飞机机体坐标系内，设置飞机的前、后、左、右参考点，分别为X_min、X_max、Z_min、Z_max；

b)在飞机平面布局图坐标系内，设置飞机的前、后、左、右边界坐标点，P_xmin、P_xmax、P_zmin、P_zmax。

飞机平面布局坐标系向机体坐标系的坐标转换通过如下公式进行：

$X=\frac{X_{\max }-X_{\min }}{P_{x\max }-P_{x\min }}(P_x-P_{x\min })$

$Y=\frac{X_{\max }-X_{\min }}{P_{y\max }-P_{y\min }}(P_y-P_{y\min })$

$Z=\frac{X_{\max }-X_{\min }}{P_{z\max }-P_{z\min }}(P_z-P_{z\min })$

第二，评估部件的重心：

a)选中待评估的部件；

b)在飞机平面布局图中，指定该部件的重心位置，即获得该部件重心在飞机平面布局图坐标系的坐标。