CN107038289A - 一种飞机载荷设计中原始数据的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞机载荷设计中原始数据的处理方法，包括一：将飞机载荷设计中的原始数据进行整理及存储形成一系列的数据文件，并将所有数据文件引入到数据集文件中；二：建立数据集文件名文件用于指定计算所用到的数据集文件的名称及存放路径，同时用于给载荷计算中所用到的数据文件指定一个相应且唯一的标识号，通过标识号实现调用相应数据数据的功能；三：建立计算控制文件，计算控制文件中存放了数据集文件名文件的名称和存储路径以及载荷计算结果文件列表和计算控制参数，用于载荷计算中对数据集的调用，并对载荷计算结果的输出方式进行选择和控制。本发明具有快捷、高效的处理原始数据的优点，可缩短飞机的研制周期、降低研制成本。

Description

一种飞机载荷设计中原始数据的处理方法

技术领域

本发明属于飞机设计领域，尤其涉及一种飞机载荷设计中原始数据的处理方法。

背景技术

飞机的载荷是指飞机在起飞、飞行、着陆和地面滑行等使用过程中，作用在飞机各部位上的空气动力、重力、惯性力和地面反作用力等的总称。载荷的大小取决于飞机的重量、飞行性能、外形的气动特性和起落架的缓冲及使用情况等诸多因素。

进行载荷设计时，必须找出飞机各个部件最大受载的情况以及载荷的大小及分布，以此作为飞机结构强度设计的依据。

首先要选定一个设计规范，既保证飞行安全又不影响飞机的性能。确定设计规范之后，要确定飞机的载荷，通常还需要以下几个重要环节：

第一，在对规范正确理解的基础上，需要根据规范要求和工程设计经验选定和处理载荷设计的原始数据；

第二，再将规范中的要求抽象为一定的物理模型，并通过数学方法对此模型作出描述和求解得出各部件的总载荷，下一步通过测压试验或仿真计算求解出总载荷的分布；

最后，求解出惯性力，并将气动力分布和惯性力分布叠加出总载荷的分布，并筛选出临界载荷情况作为强度设计的依据。

随着航空工业的高速发展，飞机载荷设计的方法也发生了日新月异的变化，计算机技术逐渐成为了载荷设计的重要工具。在飞机载荷设计中，原始数据的处理是载荷设计中最首要的环节，是所有后续工作能否顺利开展的关键。

载荷设计的原始数据主要包含：飞机理论外形数据，飞机重量、惯量、高度、设计速度和机动过载包线等数据，载荷计算中还需要利用大量风洞试验或理论计算取得的气动力数据。这些数据是飞机载荷设计的关键和根源，之后的一切工作都将围绕其有序进行，只有正确的原始数据，才可能得出正确的载荷计算结果。因此，飞机载荷设计中原始数据的处理直接影响着载荷设计的效率，决定了载荷计算结果的科学性和合理性，是载荷设计环节中至关重要的奠基石。

目前，飞机载荷设计时针对原始数据处理这一模块最常用的方法是用二维表结构建立数据之间的关系，使用较多的是用函数关系描述数据之间的联系。飞机的每个计算参数，例如气动力系数、速压、空速等都各自对应着一个函数(一元或多元)，通过对函数的调用便可以实现对该参数的使用。

但是这种方法只适用于数据量相对较少的部件载荷计算等情况，在进行飞机载荷设计工作时，涉及的原始数据量较大，考虑到飞机构型和重量的变化，所需的数据量也成倍地增长。由于全机载荷设计中需要调用的原始输入数据量极大，而且一般情况下飞机的设计数据都是2-3个甚至更多自变量的复变函数，如果按照先前的方法逐条对各类数据函数进行使用，不但显得繁冗死板，可读性差，而且一旦飞机的设计参数发生变化，则必须对所有相关的函数值进行逐次修改。因此这种只适合数据量较少情况的设计方法已经远远不能满足工程实际需求。因此，需要一种科学的方法来完善载荷设计的流程，以方便载荷设计中的按需调用和工程计算的使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞机载荷设计中原始数据的处理方法，解决上述问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种飞机载荷设计中原始数据的处理方法，包括

步骤一：将飞机载荷设计中的原始数据按预定规则进行整理及存储形成一系列的数据文件，并将所有数据文件集中引入到一个数据集文件中；

步骤二：建立数据集文件名文件，所述数据集文件名文件用于指定计算所用到的数据集文件的名称及存放路径，同时用于给载荷计算中所用到的数据文件指定一个相应且唯一的标识号，通过所述标识号实现调用相应数据文件中的数据的功能；

步骤三：建立计算控制文件，所述计算控制文件为文件输入及计算选项控制文件，在所述计算控制文件中存放了步骤二中建立的数据集文件名文件的名称和存储路径以及载荷计算结果文件列表和计算控制参数，用于载荷计算中对原始数据集的调用，并对载荷计算结果的输出方式进行选择和控制。

进一步地，步骤一中，所述预定规则为对原始数据按照数据名称、数据类型、控制数、说明字符和数据的形式进行整理形成数据文件。

进一步地，数据文件具有如下分类规则

1类数据文件，所述1类数据文件为n个带字符说明的常数集合，数据长度为2×n，无控制数，首先是n个说明字符串，随后是n个常数数值；

2类数据文件，所述2类数据文件为n个数，数据长度为n，无控制数，随后是n个常数数值；

3类数据文件，所述3类数据文件为一维函数y＝f(x)，其中x有n/2个，y有n/2个，n为偶数；

5类数据文件，所述5类数据文件为一个m×n的二维数组，数据长度为2+m×n，随后是m、n及所有数据，其中控制数为2个分别为m，n；

6类数据文件，所述6类数据文件为矩形网格的二元函数z＝f(x，y)，数据长度是2+m+n+m×n，随后是m，n，x...，y...，z...，其中控制数为2个分别为m，n；

9类数据文件，所述9类数据文件为矩形网格的三元函数u＝f(x，y，z)，数据长度是3+m+n+k+m×n×k，随后是m，n，k，x...，y...，z...，u...，其中控制数为3个分别为m，n，k。

本发明的一种飞机载荷设计中原始数据的处理方法在进行飞机载荷设计时，计算过程中如需调用原始数据，在调用计算控制文件后，数据集文件名文件的名称和路径便会被读取到数据变量中并加以存储，再通过对数据集文件名文件的调用，数据集文件的名称和路径、所有数据文件的名称及对应的标识号同样也会被读取到数据变量中并加以存储，以方便下一步计算中对数据文件的调用；当载荷计算过程中需要对数据文件进行调用时，只需直接调用数据集文件名文件中对应的数据集文件即可，并可按照相应的标识号按需打开和读取对应的数据文件，无需逐一调用。因此，本发明的飞机载荷设计中原始数据的处理方法更加方便快捷，提高了工作效率，降低了设计成本，也缩短了型号研制周期，优化了载荷设计的流程。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明的飞机载荷设计中原始数据的处理方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明涉及的载荷设计方法具体如下：

1)首先我们可以针对某型飞机，将载荷设计中所有可能用到的原始数据按照“数据名称、数据类型、控制数、说明字符和数据”等形式整理并分类后存储为一系列的数据文件，如重量文件、气动力数据文件等，然后集中引入到一个数据集文件中(如表1和实施例1中“某型飞机载荷计算地面数据集”)；

2)其次建立一个数据集文件名文件，此文件用于指定计算所用的数据集的名称及存放路径(在文件正文中第一行)，同时给载荷计算中所用到的各数据文件指定一个相应且唯一的标识号。在计算过程中通过这个标识号就可以实现根据标识号调用相应数据文件中的数据的功能，且数据集文件名文件中列出的所有数据文件必须在数据集中存在，否则提取和调用数据集时就会出错。

如果每行输入的第一个字符是‘/’、‘\’、‘！’、‘*’、‘#’、或‘$’则为注释行，计算时不调用。这个方法具有灵活化的优点，考虑到飞机载荷设计时应对不同型号具有兼容性，将工作中常用飞机型号的同类数据(如外挂物重量数据)以相同的标识号集中存放，因此当设计的飞机参数或型号不同时(必须为同一类飞机：同为轰炸机或同为运输机)，可以通过注销掉不需要的型号所对应的数据文件及标识号来实现对不同型号飞机的载荷设计兼容性。调用该数据集文件名文件的部分程序如实施例1中所示，程序中有一些子程序可以自动实现根据标识号读取数据集中的数据文件的功能。

3)然后建立一个计算控制文件，此文件为文件输入和计算选项控制文件，在这个文件中存放了上一步中建立的数据集文件名文件的名称和存储路径以及载荷计算结果文件列表和计算控制参数等,用于载荷计算中对原始数据集的调用，并对载荷计算结果的输出方式进行选择和控制，如实施例2中所示。另有一个调用该计算控制文件的部分程序。

因此，进行飞机载荷设计时，计算过程中如需调用原始数据，在调用计算控制文件后，数据集文件名文件的名称和路径便会被读取到数据变量中并加以存储，再通过对数据集文件名文件的调用，数据集文件的名称和路径、所有数据文件的名称及对应的标识号同样也会被读取到数据变量中并加以存储，以方便下一步计算中对数据文件的调用。

当载荷计算过程中需要对数据文件进行调用时，只需直接调用数据集文件名文件中对应的数据集文件即可，并可按照相应的标识号按需打开和读取对应的数据文件，无需逐一调用。因此更加方便快捷，提高了工作效率，降低了设计成本，也缩短了型号研制周期，优化了载荷设计的流程。

首先，我们对常用的各种类型的原始数据进行分类，将其按照结构特征(包括文件标识，数据文件中的所有数据个数，控制数(可选)，其它数值)整理并分类后存储为各类数据文件，整理后的数据文件具有分类明确、结构严谨清晰的特点，如数据文件2所示。常用数据文件分类标准如下：

1类数据文件为n个带字符说明的常数集合，数据长度为2×n，控制数略去没有，首先是n个说明字符串，随后是n个常数数值。

2类数据文件为n个数，数据长度为n，控制数略去没有，随后是n个常数数值。

3类数据文件为一维函数y＝f(x)，其中x有n/2个，y有n/2个，n为偶数。

5类数据文件为一个m×n的二维数组，数据长度为2(注：2个控制数m,n)+m×n，随后是m、n及所有数据。

6类数据文件为矩形网格的二元函数z＝f(x,y)，数据长度是2(注：2个控制数m,n)+m+n+m×n，随后是m，n，x...，y...，z...。

9类数据文件为矩形网格的三元函数u＝f(x,y,z),数据长度是3(注：3个控制数m,n,k)+m+n+k+m×n×k，随后是m，n，k，x...，y...，z...，u..。

其中，4类、7类和8类数据文件为预留的数据文件分类，当以上数据文件种类不足以满足数据文件的分类时，便可定义上述三类文件的属性。

下面以两个数据文件为例，对数据文件的分类进行阐述。

数据文件1某型机机翼上反角数据文件(3类数据)

本实施例中的数据文件的数据为3类数据，如果用现行的二维表函数的形式来表示则为：

Ф₁＝f(z₁)＝-2

Ф₂＝f(z₂)＝-2

Ф₃＝f(z₃)＝-2

Ф₄＝f(z₄)＝-2

本文件中机翼上反角只是机翼展长(Z)自变量的一元函数，但如果对于5类至9类更为复杂的数据，可能是2-3个甚至更多自变量的多元复变函数Ф＝f(x，y，z...)。

数据文件2某型机发动机阻力文件(6类数据)

FDJZL.DDT 数据文件标识

6 数据类型为6类数据

15 5 自变量个数m＝15个和n＝5个"发动机阻力(V，H)"

m:0/20/40/50/60/70/80/90/100/110/115/120/125/130/140 飞行速度(15个)

n:0/2000/4000/6000/8000 飞行高度(5个)

z1:0/139/518/600/1340/1650/2100/2570/3020/3656/2000/1920/1825/1650/1580

z2:0/130/440/665/990/1360/1640/2020/2680/3080/1760/1470/1125/1450/1080

z3:0/120/330/520/710/1070/1370/1710/2080/2132/1300/1130/1025/1005/915

z4:0/80/320/405/600/838/1120/1320/1440/2160/1200/960/855/820/770

z5:0/80/220/330/460/630/875/1120/1390/1540/850/725/617/660/520

发动机阻力(共75个)

本文件的数据以6类数据的格式进行存放，实际上是一个由15个速度自变量和5个高度自变量组成的二维复变函数，发动机的阻力由15×5个速度和高度一一对应的数据组成。

用二维表函数的方式去表示如下：

Ф₁＝f(V₁，H₁)

Ф₂＝f(V₂，H₁)

Ф₃＝f(V₃，H₁)

......

Ф_m×n＝f(V_m，H_n)

一共要书写75个，与3类数据相比，已经很繁琐。

9类数据文件和此类似，自变量的数目由2个增加为3个，以此文件为例(例如再增加1个马赫数自变量)，因此数据文件中的数据量更大，用二维表函数的方式去表示如下：

Ф₁＝f(V₁，H₁，M₁)

Ф₂＝f(V₂，H₁，M₁)

Ф₃＝f(V₃，H₁，M₁)

......

Ф_m×n×k＝f(V_m，H_n，M_k)

数据文件中可能包含数百甚至上千个数据，因此二维表函数的形式实际上已经无法实现。

因此数据文件相对于目前通用的二维表函数具有结构清晰、分类明确的优点，方便程序调用和提取数据，以及对相应数据进行函数插值，适应大量工程计算的需要。

本发明中数据集文件结构特征如下：

如表1所示，所有的数据文件按照结构特征整理并分类后，我们将其集中存放到数据集文件中，各数据文件按1-9类文件逐次存放，数据文件名称不可重复。

表1载荷包数据库

在数据集文件中，我们给各数据文件指定一个相应且唯一的标识号，这个标识号和各数据文件是一一对应的关系。在计算过程中我们通过这个标识号可以实现程序根据标识号调用数据集中相应数据文件中数据的功能。

另外，考虑到飞机载荷设计程序应对不同型号飞机具有兼容性，我们可以将工作中常用飞机型号的同类数据(如外挂物重量数据)以相同的标识号集中存放，因此当设计的飞机参数或型号不同时，如实施例1中所示，可以通过注销掉不需要的型号所对应的数据文件及标识号来实现对不同型号飞机的载荷设计兼容性。但是注意，相同标识号的文件不能共存，只能激活1个而注销掉其它。

相对于现在通用的二维表函数，我们通过对数据集的整体操作，既可以对所有数据文件进行统一管理，也可以实现对各个数据文件的单个操作，更关键的是可实现数据集在载荷计算过程中的整体调用，避免了因过多调用函数造成程序结构混乱繁杂，可读性差，极大地优化了载荷设计的方法和流程。

下面以某型飞机地面载荷设计为例，对本发明的处理方法进行实际说明。

实施例1某型机数据集文件名文件“incon_file_XXX”

某型机数据集中的部分数据(数据集文件名文件)：

在实施例1中，载荷设计中需要调用飞机空机重量数据，则会在数据集文件名文件“incon_file_XXX”中直接读取数据文件标识号“27”，然后在数据集“某型飞机地面数据集”中自动调用相应标识号对应的文件，即飞机空机重量数据文件XXX_OEW_NEW.DAT。且对于机翼外挂方案，共列出了三种型号飞机的数据，其中第一种和第三种都已注销，本实施例中只调用了第二种。

实施例2计算控制文件

计算控制文件“control_in.ddt”，部分内容如下所示：

读取和调用计算控制文件的部分程序为：

open(509,file＝"control_in.ddt")

read(509,*)nfile,nreal

do i＝1,nfile

read(509,'(a)')com_str(i)

end do

do i＝1,nreal

read(509,*)k,com_rel(i)

end do

close(509)

......

以上部分主要包含了读取计算控制文件的功能，载荷计算过程中，打开文件“control_in.ddt”后通过读取存储到数组com_str(i)中的参数即可获取数据集文件名文件的名称和存储路径，并可将其显示出来。

另有一个读取数据集文件名文件的部分程序如下：

SUBROUTINE read_con_file(str)

......

INQUIRE(FILE＝ss,EXIST＝exists)

......

con_filename＝trim(adjustl(ss))

open(58,file＝ss)

l＝0

read(58,'(a)',end＝50)st

st＝trim(adjustl(st))

i＝len_trim(st)

......

以上部分主要是读取数据集文件名文件信息，并将其中包含的所有数据文件名称读取并按照对应的编号存储到文件st中，根据需要调用并打开相应标识号对应的数据文件，无需逐一调用。

本发明的一种飞机载荷设计中原始数据的处理方法并不涉及原始数据的整理和生成，通过对数据集的整体操作，既可以对所有数据文件进行统一管理，也可以实现对各个数据文件的单个操作，更关键的是可实现数据集在载荷计算过程中的整体调用，避免了计算过程中的结构混乱繁杂和较差的可读性，极大地优化了载荷设计方法和流程。以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种飞机载荷设计中原始数据的处理方法，其特征在于：包括

步骤一：将飞机载荷设计中的原始数据按预定规则进行整理及存储形成一系列的数据文件，并将所有数据文件集中引入到一个数据集文件中；

步骤二：建立数据集文件名文件，所述数据集文件名文件用于指定计算所用到的数据集文件的名称及存放路径，同时用于给载荷计算中所用到的数据文件指定一个相应且唯一的标识号，通过所述标识号实现调用相应数据文件中的数据的功能；

步骤三：建立计算控制文件，所述计算控制文件为文件输入及计算选项控制文件，在所述计算控制文件中存放了步骤二中建立的数据集文件名文件的名称和存储路径以及载荷计算结果文件列表和计算控制参数，用于载荷计算中对原始数据集的调用，并对载荷计算结果的输出方式进行选择和控制。

2.根据权利要求1上述的飞机载荷设计中原始数据的处理方法，其特征在于：步骤一中，所述预定规则为对原始数据按照数据名称、数据类型、控制数、说明字符和数据的形式进行整理形成数据文件。

3.根据权利要求2上述的飞机载荷设计中原始数据的处理方法，其特征在于：数据文件具有如下分类规则

1类数据文件，所述1类数据文件为n个带字符说明的常数集合，数据长度为2×n，无控制数，首先是n个说明字符串，随后是n个常数数值；

2类数据文件，所述2类数据文件为n个数，数据长度为n，无控制数，随后是n个常数数值；

3类数据文件，所述3类数据文件为一维函数y＝f(x)，其中x有n/2个，y有n/2个，n为偶数；

5类数据文件，所述5类数据文件为一个m×n的二维数组，数据长度为2+m×n，随后是m、n及所有数据，其中控制数为2个分别为m，n；

6类数据文件，所述6类数据文件为矩形网格的二元函数z＝f(x，y)，数据长度是2+m+n+m×n，随后是m，n，x...，y...，z...，其中控制数为2个分别为m，n；

9类数据文件，所述9类数据文件为矩形网格的三元函数u＝f(x，y，z)，数据长度是3+m+n+k+m×n×k，随后是m，n，k，x...，y...，z...，u...，其中控制数为3个分别为m，n，k。