CN105426682B - 一种确定飞机转动惯量的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定飞机转动惯量的方法，涉及飞机总体设计技术领域中的飞机重量研究方向，用于飞机初始设计阶段的重量配置，包括如下步骤：S1，确立飞机指定重量的重心变化范围；S2，在S1中的重心变化范围内确定指定重心位置；S3，确定飞机指定重心下的重量配置；S4，计算飞机在S3状态下的转动惯量。本发明提供的确定飞机转动惯量的方法通过对指定飞机重量的重心变化范围计算，得出重心计算范围，在重心计算范围内经过单一方向的数据迁移，得到高精度的指定重心最大或最小转动惯量。极大缩短了转动惯量极限状态计算周期，通过设置相应的单位移动重量，得到高精度的转动惯量计算结果，可在飞机方案设计阶段为相关专业提供有力设计支撑。

Description

一种确定飞机转动惯量的方法

技术领域

本发明涉及飞机总体设计技术领域中的飞机重量研究方向，具体而言，涉及一种确定飞机转动惯量的方法，是一种基于飞机指定重量、重心的转动惯量极限状态配置方法。

背景技术

现有技术当中，无论是军机还是民机，飞机均有多处装载位置。由于装载位置的多样性，导致飞机在相同的飞机重量下，可以拥有不同的重心位置。根据转动惯量的定义【转动惯量(Moment of Inertia)是刚体绕轴转动时惯性(回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性)的量度】，在相同飞机重量、重心情况下，转动惯量也可以不同，其中转动惯量最大的装载配置状态，对应飞机的最大质量载荷。

现有技术中对飞机所有允许装载位置的可能装载数值进行排列组合，计算每种组合状态的质量特性，但典型组合装载状态数量将达到10³⁰，超过宇宙中恒星的数量级，即使是当前最快的计算机也几乎是不可能在有限的时间完成，完成飞机的转动惯量确认的工作，耗时长，工作量大，浪费人力物力，并且排列组合的方式不能全部覆盖所有飞机上的装载位置。

现在亟需解决的技术问题是如何设计一种确定飞机转动惯量的方法以解决上述现有技术中的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种确定飞机转动惯量的方法，该方法通过对指定飞机重量的重心变化范围计算，得出重心计算范围，在重心计算范围内经过单一方向的数据迁移，得到高精度的指定重心最大或最小转动惯量。

本发明的目的通过如下技术方案实现：用于飞机初始设计阶段的重量配置，其特征在于，通过指定重量、指定重心确定飞机转动惯量，包括如下步骤：

S1，确立飞机指定重量的重心变化范围；

S2，在S1中的重心变化范围内确定指定重心位置；

S3，确定飞机指定重心下的重量配置；

S4，计算飞机在S3状态下的转动惯量；

通过飞机初始设计阶段确定飞机的转动惯量为飞机的操纵性与稳定性设计提供数据。

上述方案中优选的是，S1中确定指定重量的重心变化范围的步骤如下：

S1-1，将可移动配载重量从飞机前端预设装载位置开始，按装载位置的最高装载能力顺序装载，得到飞机重心最前位置装载状态，确定飞机重心最前位置；

S1-2，将可移动配载重量从飞机后端预设装载位置开始，按装载位置的最大装载能力依次装载，得到飞机重心最后位置装载状态，确定飞机重心最后位置；

S1-3，通过S1-1与S1-2确定的飞机重心最前位置与飞机重心最后位置确定指定重量的重心变化范围。

上述任一方案中优选的是，S3中确定飞机指定重心下的重量配置的步骤如下：

S3-1，从S1-1中所述最前重心位置开始，距离指定重心预设的质量块步长装载位置开始，移动质量块到距离指定重心最远处的装载位置，计算移动后的飞机重心；

S3-2，重复S3-1中的步骤，使质量块移动后的重心位置与所述指定重心位置相同；

S3-3，计算飞机的转动惯量，并保存此时各装载位置的装载重量及重心。

上述任一方案中优选的是，飞机转动惯量值为S3-3中各装载位置的转动惯量中的最大值。

本发明所提供的确定飞机转动惯量的方法的有益效果在于，通过对指定飞机重量的重心变化范围计算，得出重心计算范围，在重心计算范围内经过单一方向的数据迁移，得到高精度的指定重心最大或最小转动惯量。通过本发明所提供的确定飞机转动惯量的方法极大缩短了转动惯量极限状态计算周期，通过设置相应的单位移动重量，得到高精度的转动惯量计算结果，可在飞机方案设计阶段为相关专业提供有力设计支撑。

附图说明

图1是按照本发明的确定飞机转动惯量的方法的一优选实施例的流程示意图；

图2是按照本发明的确定飞机转动惯量的方法的图1所示实施例的在计算软件中指定重量、重心的转动惯量极值状态配载计算逻辑框图。

具体实施方式

为了更好地理解按照本发明方案的确定飞机转动惯量的方法，下面结合附图对本发明的确定飞机转动惯量的方法的一优选实施例作进一步阐述说明。

如图1-2所示，本发明提供的确定飞机转动惯量的方法，用于飞机初始设计阶段的重量配置，通过指定重量、指定重心确定飞机转动惯量，包括如下步骤：

S1，确立飞机指定重量的重心变化范围；

S2，在S1中的重心变化范围内确定指定重心位置；

S3，确定飞机指定重心下的重量配置；

S4，计算飞机在S3状态下的转动惯量；

通过飞机初始设计阶段确定飞机的转动惯量，为飞机的操纵性与稳定性设计提供数据。

上述确定飞机转动惯量的方法的S1-S4中，S1中确定指定重量的重心变化范围的步骤如下：S1-1，将可移动配载重量从飞机前端预设装载位置开始，按装载位置的最高装载能力顺序装载，得到飞机重心最前位置装载状态，确定飞机重心最前位置；S1-2，将可移动配载重量从飞机后端预设装载位置开始，按装载位置的最大装载能力依次装载，得到飞机重心最后位置装载状态，确定飞机重心最后位置；S1-3，通过S1-1与S1-2确定的飞机重心最前位置与飞机重心最后位置确定指定重量的重心变化范围。

S3中确定飞机指定重心下的重量配置的步骤如下：S3-1，从S1-1中所述最前重心位置开始，距离指定重心预设的质量块步长装载位置开始，移动质量块到距离指定重心最远处的装载位置，计算移动后的飞机重心；S3-2，重复S3-1中的步骤，使质量块移动后的重心位置与所述指定重心位置相同；S3-3，计算飞机的转动惯量，并保存此时各装载位置的装载重量及重心。

下面对本发明提供的确定飞机转动惯量的方法作进一步的阐述说明。

首先，计算飞机指定重量的重心变化范围。飞机重量确定以后，将可移动配载重量从飞机最前端的装载位置开始，按装载位置的最大装载能力顺序装载，得到的状态即为飞机重心最前位置装载状态，该状态的重心位置为飞机重心最前位置；重心最后位置为将可移动配载重量从飞机最后装载位置顺序装载，按装载位置的最大装载能力依次装载，得到重心最后位置装载状态，进而获得重心最后位置。重心最前、最后位置确定后即得到指定重量的重心变化范围。

其次，计算飞机指定重心的最大转动惯量取值范围。1)从指定重量的最前重心位置状态开始，从距离指定重心最近的装载位置，以预先设定的质量块步长(如1kg)，移动到距离指定重心最远处的装载位置，计算移动后的飞机重心；2)将移动后飞机重心与指定飞机重心对比，如移动后飞机重心仍在指定飞机重心之前，则重复执行1)的操作；如移动后飞机重心等于指定飞机重心值，则计算转动惯量，并保存此时各装载位置的装载重量及重心；继续重复步骤1)、2)，直到重心值等于指定重量的最后重心状态。

再次，确定飞机指定重量重心位置最大惯量状态的转动惯量值。从上述步骤中得到的所有指定重量、重心的状态的转动惯量数值，并从中中筛选出最大值，同理反方向迁移计算出飞机转动惯量最小值。

在具体应用本发明提供的确定飞机转动惯量的方法的过程中，各装载位置的配载有具体限制，具体为：

1)--最小余油限制

最小余油限制是指配载状态必须包括最低的可用燃油。通过计算最低可用余油在各燃油箱的分布，调整相应油箱在顺序配载计算过程中可移动的燃油重量。

2)--优先配载限制

优先配载限制是指在配载计算过程中，指定一处或多处装载位置必须装载，即在顺序配载前，确定该处装载不可移动。

3)--重心客观性要求

指定了最小余油和优先配载限制后，各装载位置最大可调整重量便确定下来，指定的飞机重量必须满足如下关系：

a+b+c＜d＜a+e (1)

其中，a为使用空机重量；b为最小余油重量；c为优先配载重量；d为指定飞机重量；e为最大装载重量。

满足上述(1)式的指定飞机重量，其可移动配载重量按下式计算：

f＝d-(a+bc) (2)

其中，a为使用空机重量；b为最小余油重量；c为优先配载重量；d为指定飞机重量；f为可移动配载重量。

以上结合本发明的确定飞机转动惯量的方法具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围，还需要说明的是，按照本发明的确定飞机转动惯量的方法技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。

Claims (2)

1.一种确定飞机转动惯量的方法，用于飞机初始设计阶段的重量配置，其特征在于，通过指定重量、指定重心确定飞机转动惯量，包括如下步骤：

S1，确立飞机指定重量的重心变化范围；

S1-1，将可移动配载重量从飞机前端预设装载位置开始，按装载位置的最高装载能力顺序装载，得到飞机重心最前位置装载状态，确定飞机重心最前位置；

S1-2，将可移动配载重量从飞机后端预设装载位置开始，按装载位置的最大装载能力依次装载，得到飞机重心最后位置装载状态，确定飞机重心最后位置；

S1-3，通过S1-1与S1-2确定的飞机重心最前位置与飞机重心最后位置确定指定重量的重心变化范围；

S2，在S1中的重心变化范围内确定指定重心位置；

S3，确定飞机指定重心下的重量配置；

S3-1，从S1-1中所述重心最前 位置开始，距离指定重心预设的质量块步长装载位置开始，移动质量块到距离指定重心最远处的装载位置，计算移动后的飞机重心；

S3-2，重复S3-1中的步骤，使质量块移动后的重心位置与所述指定重心位置相同；

S3-3，计算飞机的转动惯量，并保存此时各装载位置的装载重量及重心；

S4，计算飞机在S3状态下的转动惯量；

通过飞机初始设计阶段确定飞机的转动惯量，为飞机的操纵性与稳定性设计提供数据。

2.如权利要求1所述的确定飞机转动惯量的方法，其特征在于：飞机转动惯量值为S3-3中各装载位置的转动惯量中的最大值。