CN111339615A - 一种基于两步插值的飞机油箱重心计算与补偿方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于两步插值的飞机油箱重心计算与补偿方法，涉及飞机重心调配技术领域，针对目前的飞机油箱重心多以一个常量来表示，此种方法未考虑不规则飞机油箱的重心会随着油量的变化而变化，导致重心计算结果准确性低的问题，步骤一：获取油箱内部结构图并根据油箱内部结构图得到多组俯仰角下的不同油量所对应的重心；步骤二：输入油量数据，利用插值函数得到该油量下各组俯仰角所对应的重心；步骤三：输入俯仰角插值数据，利用插值函数得出该俯仰角、该油量的重心。飞机油箱重心计算方法加入了对因飞机俯仰角不同使得油箱重心产生误差的补偿功能，提高了重心计算的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及飞机重心调配技术领域，具体为一种基于两步插值的飞机油箱重心计算与补偿方法。
背景技术
飞机试飞需要测试其重心处于不同位置时对应的飞机的稳定性和操纵特性。这就需要获取飞机不同部分的精确实时重心位置，从而计算整个飞机的重心位置。在计算飞机油箱部分重心时，需要考虑随着飞机的运行，燃油量是逐渐减小的，而飞机油箱形状为不规则的，所以重心会随着燃油消耗而发生变化，同时飞机的俯仰角变化也会使重心改变，因此计算飞机油箱重心时需要综合考虑实时燃油重量和实时飞机俯仰角两个要素。
目前的飞机油箱重心多以一个常量来表示，此种方法未考虑不规则飞机油箱的重心会随着油量的变化而变化，以及飞机姿态对油箱重心造成的影响。
发明内容
本发明的目的是：针对目前的飞机油箱重心多以一个常量来表示，此种方法未考虑不规则飞机油箱的重心会随着油量的变化而变化，导致重心计算结果准确性低的问题，提出一种基于两步插值的飞机油箱重心计算与补偿方法。
本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种基于两步插值的飞机油箱重心计算与补偿方法，包括以下步骤：
步骤一：获取油箱内部结构图并根据油箱内部结构图得到多组俯仰角下的不同油量所对应的重心；
步骤二：输入油量数据，利用插值函数得到该油量下各组俯仰角所对应的重心；
步骤三：输入俯仰角插值数据，利用插值函数得出该俯仰角、该油量的重心。
进一步的，所述步骤一的具体步骤为：
步骤一一：根据内部结构构造几何结构模型，计算多组俯仰角下的不同油量对应的重心，并作为插值数据待用；
步骤一二：判断飞机油箱内部是否为规则几何结构，若是，则选取样条插值法，若不是，则根据样本量选取其他插值法；
步骤一三：获取飞机的油箱剩余燃油数据，即为当前时刻的燃油剩余量，作为插值函数的输入值，利用插值算法计算俯仰角的油箱剩余油量的重心位置。
进一步的，所述步骤一二中判断飞机油箱是否为规则几何结构，若不是还包括以下步骤：
判定样本量的大小，即插值点的量，若样本量较大时，则选择牛顿插值方法，若样本量较小时，则选择拉格朗日插值方法。
进一步的，所述多组俯仰角为0°、±2°和±4°。
本发明的有益效果是：
1.飞机油箱重心计算方法在实际使用时，可以根据输入从插值结果中直接查询到飞机油箱实时重心值，而无需进行复杂的公式计算，保证了重心计算的实时性；
2.飞机油箱重心计算方法加入了对因不规则的油箱使得油箱重心随油量发生变化的补偿功能，提高了重心计算的准确性；
3.飞机油箱重心计算方法加入了对因飞机俯仰角不同使得油箱重心产生误差的补偿功能，提高了重心计算的准确性。
附图说明
图1为俯仰角为0°飞机油箱剩余燃油量与重心位置对应关系样条插值曲线；
图2为俯仰角为0°飞机油箱剩余燃油量与重心位置对应关系牛顿插值曲线；
图3为飞机俯仰角油箱剩余油量重心位置对应关系插值曲线；
图4为本发明计算飞机油箱重心的方法流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于两步插值的飞机油箱重心计算与补偿方法，包括以下步骤：
步骤一：获取油箱内部结构图并根据油箱内部结构图得到多组俯仰角下的不同油量所对应的重心；
步骤二：输入油量数据，利用插值函数得到该油量下各组俯仰角所对应的重心；
步骤三：输入俯仰角插值数据，利用插值函数得出该俯仰角、该油量的重心。
本发明提供一种可以用于实时获取飞机油箱重心的两步插值方法，主要包含两个过程，首先根据已知油箱质量插值得到不同姿态下的重心位置，然后利用第一步得到的姿态和重心的数据再进行一次插值，获取姿态和重心的拟合曲线，进而可以根据具体的数据获取实时的重心结果。
第一次插值过程：
第一步插值过程目的是绘制出飞机剩余油量与油箱重心的关系曲线。这一步先忽略掉飞机姿态改变对油箱重心的影响。只计算某个固定姿态下的剩余油量与油箱重心的关系曲线。
不同油箱结构差异明显，为了得到更加合适准确的关系曲线应该使用不同的插值方法，下面介绍两种最为常见的插值方法。
当油箱为长方体或者圆柱体等较规则结构时，油面高度与燃油质量呈线性关系，使用样条插值方法可以实现简单准确拟合。
如表1所示，以俯仰角为0°时为例给出了14组油量与重心位置的对应关系。将俯仰角为0°、±2°、±4°共5组数据固化在程序中，从飞机获取的油箱剩余燃油数据，即为当前时刻的燃油剩余量，作为插值函数的输入值，分别计算得出对应的该时刻的油箱剩余油量的重心位置。又因为还没有判断该时刻的俯仰角，故5组不同俯仰角插值同时计算，得到油箱中剩余油量5个重心位置。第二次样条插值通过该时刻的俯仰角得出最后油箱的重心位置。
表1飞机油箱燃油剩余量与重心位置对应关系(俯仰角为0°)
| 油箱剩余油量(kg) | 重心X(mm) | 油箱剩余油量(kg) | 重心X(mm) |
| 0 | 150 | 7 | 96 |
| 1 | 145 | 8 | 87 |
| 2 | 132 | 9 | 79 |
| 3 | 127 | 10 | 64 |
| 4 | 119 | 11 | 52 |
| 5 | 110 | 12 | 43 |
| 6 | 103 | 13 | 31 |
图1是将根据上述表格中的数据插值得到关系图。横坐标X：代表当前时刻飞机的燃油剩余量，纵坐标Y：代表飞机油箱剩余燃油的重心位置。通过样条插值函数绘制的关系曲线，当插值计算时，剩余油量作为输入值Xi，插值得到对应的Yi。
样条插值的优势是计算简单、稳定性好可以在计算机上快速拟合，但是拟合非线性复杂曲线时无法保证整个曲线的光滑性。所以当飞机油箱内部结构不规则时一般使用牛顿或拉格朗日插值的方法。
我们使用牛顿插值方式对表1拟合如图2所示。
插值方法一般包括样条插值、拉格朗日插值、牛顿插值等计算方法，插值方法需要根据油箱结构和样本量大小进行合理选择。
第二步三次样条插值(俯仰角修正)：
第一次插值计算完成后，同时得到对应俯仰角分别为0°、±2°、±4°的共5组重心数据。将飞机实时的俯仰角信息，输入到插值函数中，通过俯仰角与重心对应关系数据进行第二次插值计算，得到该时刻下俯仰角对应的实际重心位置。
表2俯仰角与重心位置对应关系
| 序号 | 俯仰角(°) | 重心(mm)(假设剩余油量为6kg) |
| 1 | -4 | 101 |
| 2 | -2 | 102 |
| 3 | 0 | 103 |
| 4 | +2 | 104 |
| 5 | +4 | 105 |
如图3所示，假定当前时刻飞机油箱剩余油量为6kg，则5种姿态角可以通过第一次插值计算出具体值。然后不同俯仰角与经过第一次插值计算出重心位置与对应关系数据经过样条插值后绘制的曲线图表，横坐标X：代表当前时刻飞机的俯仰角，纵坐标Y：代表与该俯仰角对应的油箱重心位置。通过样条插值函数绘制的关系曲线，当插值计算时，将当前时刻飞机的俯仰角作为输入值Xi，插值得到对应的Yi。
应当注意的是在本发明中俯仰角数据越多越好，且插值点越多数据越精确，如0、±1、±3、±5、±7、±10、±15、±20等。
现有方法中未考虑不规则飞机油箱的重心会随着油量的变化而变化，以及飞机姿态对油箱重心造成的影响。而本发明提前将精确数据作为已知条件进行插值，在获取重心的时候可以直接在两步插值获取的结果中进行搜寻，同时加入了当前油量和飞机姿态的补偿过程，保证了重心计算结果的准确性和实时性。本发明可以明显缩短重心计算所需的时间提并提高计算结果的准确性。
需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本发明权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于两步插值的飞机油箱重心计算与补偿方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：获取油箱内部结构图并根据油箱内部结构图得到多组俯仰角下的不同油量所对应的重心；
步骤二：输入油量数据，利用插值函数得到该油量下各组俯仰角所对应的重心；
步骤三：输入俯仰角插值数据，利用插值函数得出该俯仰角、该油量的重心。
2.根据权利要求1所述的一种基于两步插值的飞机油箱重心计算与补偿方法，其特征在于所述步骤一的具体步骤为：
步骤一一：根据内部结构构造几何结构模型，计算多组俯仰角下的不同油量对应的重心，并作为插值数据待用；
步骤一二：判断飞机油箱内部是否为规则几何结构，若是，则选取样条插值法，若不是，则根据样本量选取其他插值法；
步骤一三：获取飞机的油箱剩余燃油数据，即为当前时刻的燃油剩余量，作为插值函数的输入值，利用插值算法计算俯仰角的油箱剩余油量的重心位置。
3.根据权利要求2所述的一种基于两步插值的飞机油箱重心计算与补偿方法，其特征在于所述步骤一二中判断飞机油箱是否为规则几何结构，若不是还包括以下步骤：
判定样本量的大小，即插值点的量，若样本量较大时，则选择牛顿插值方法，若样本量较小时，则选择拉格朗日插值方法。
4.根据权利要求1所述的一种基于两步插值的飞机油箱重心计算与补偿方法，其特征在于所述多组俯仰角为0°、±2°和±4°。
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