CN112035947B - 一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法 - Google Patents

一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法，包括以下步骤：a、无人机试飞后，截取需要研究的时间区间内飞参数据；b、建立压力分布数据库;c、对机翼catia模型进行测量;d、通过无人机耗油取消计算飞机机翼余油和飞机总重关系；e、通过飞参数据中的全机重量插值出机翼余油重量；f、通过对机翼有限元模型进行分割；g、机翼剖面净载荷；h、拟合剖面载荷与过载关系曲线；i、与试飞结果对比。过无人机试飞过程中用该方法计算机翼剖面的严重载荷，指导飞行载荷试飞科目的规划，确保无人机飞行载荷试飞科目顺利完成。

Description

一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法
技术领域
本发明属于无人机飞行载荷计算领域，具体涉及一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法。
背景技术
无人机飞行载荷计算在无人机整个设计过程中都占有非常重要的地位,精准的载荷计算，在设计阶段，直接影响到无人机重量、作战性能和飞行安全；在试飞阶段，不仅能指导飞行载荷试飞科目规划，同时可以确保试飞安全性，为试飞工作的顺利开展保驾护航,目前大多数油动无人机的油箱都装在机身内部，随着高空长航时无人机的发展，机翼整体油箱也随之发展起来，但现有载荷计算技术中，尚未发现有针对带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法的参考资料。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法，通过无人机试飞过程中用该方法计算机翼剖面的严重载荷，指导飞行载荷试飞科目的规划，确保无人机飞行载荷试飞科目顺利完成。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法，包括以下步骤：
a、无人机试飞后，截取需要研究的时间区间内飞参数据，通过Matlab编写的程序对截取的飞参数据进行滤波和插值处理，得到机翼剖面气动载荷和机翼剖面以外的余油重量；
b、建立压力分布数据库，通过插值和积分得到机翼剖面气动载荷和压心位置，机翼剖面气动载荷分别记为FQ1、FQ2、FQ3、FQ4;
c、对机翼catia模型进行测量，并计算出单边机翼中油箱体积，记为V；根据剖面站位对机翼油箱catia模型进行分割，测量后计算出每个剖面到翼尖之间的机翼油箱体积，分别记为V1、V2、V3、V4；计算每个剖面外机翼油箱占单边机翼油箱的比例，分别记为K1、K2、K3、K4，其中，K1=V1/V、K2=V2/V、K3=V3/V、K4=V4/V;
d、通过无人机耗油曲线计算飞机机翼余油和飞机总重关系；
e、通过飞参数据中的全机重量插值出机翼余油重量，记为GJY，计算出右机翼剖面以外的余油重量，分别记为GJY1、GJY2、GJY3、GJY4，其中GJY1=0.5×GJY×K1、GJY2=0.5×GJY×K2、GJY3=0.5×GJY×K3、GJY4=0.5×GJY×K4；
f、通过对机翼有限元模型进行分割，求出机翼剖面外结构重量，记为GJG1、GJG2、GJG3、GJG4；
g、机翼剖面净载荷：将机翼剖面气动载荷和惯性载荷进行叠加得到机翼剖面净剪力，分别记为F1、F2、F3、F4，其中F1=FQ1-(GJY1+GJG1)×g、F2=FQ1-(GJY2+GJG2)×g、F3=FQ3-(GJY3+GJG3)×g、F4=FQ4-(GJY4+GJG4)×g，g代表重力加速度，各剖面的净弯矩和净扭矩通过净剪力乘以压心距重心距离得到；
h、拟合剖面载荷与过载关系曲线：将计算出的机翼严重载荷与过载进行线性拟合；
i、与试飞结果对比：将测试结果转化与计算结果相同的时间轴，计算的剖面净载荷进行对比和验证。
所述飞参数据包括时标、飞控飞行高度、飞控真空速、飞机法向过载、飞控攻角、飞控侧滑角、副翼舵面回报、尾翼舵面回报和飞机重量。
所述压力分布数据通过仿真技术或风洞试验获取。
本发明带来的有益效果有。
1、通过在无人机试飞过程中用该方法计算机翼剖面的严重载荷，指导飞行载荷试飞科目的规划，确保无人机飞行载荷试飞科目顺利完成；另一方面在无人机飞行载荷试飞之后，可以用该方法计算出本次试飞过程中的机翼剖面载荷，与测试结果进行对比，互相验证。
2、通过姿态参数的获取、机翼剖面气动载荷计算、机翼剖面以外的余油重量计算、机翼剖面外结构重量计算、机翼剖面净载荷计算、机翼剖面严重载荷预判、与测试结果相互验证。所述姿态参数获取主要是对需要研究的相关飞参数据进行截取和插值；所述的机翼剖面气动载荷计算主要是通过对仿真计算或风洞试验获取的压力分布数据进行插值、积分得到上一步骤获取飞参数据所对应的机翼剖面气动载荷；所述的机翼剖面以外的余油重量计算主要是建立机翼余油和飞机重量的关系模型，通过飞参数据中的飞机重量插值得到机翼余油，再根据剖面位置分布解算出机翼剖面以外的余油重量；所述的机翼剖面外结构重量计算是采用剖面站位对机翼有限元模型进行分割，计算出剖面外机翼结构重量；所述的机翼剖面净载荷计算是通过将机翼剖面气动载荷和惯性载荷进行矢量叠加得到；所述的严重载荷预判是通过对上一步骤得到的机翼剖面净载荷及过载数据进行线性拟合，以所规划科目的过载为横坐标，采用拟合曲线拟合出机翼剖面可能出现的严重载荷，指导载荷试飞科目的规划；所述的与测试结果相互验证主要是通过将测试结果时间轴转化为与计算结果相同时间轴来对比验证。
3、通过考虑了耗油对机翼剖面惯性载荷的影响；同时可以利用试飞数据对机翼剖面载荷进行拟合，对待飞科目进行严重载荷预判，指导试飞科目规划。
附图说明
图1是本发明的程序执行流程图。
图2是右机翼剖面分布示意图。
图3是无人机耗油曲线图。
图4是无人机机翼余油和飞机总重关系的插值表。
图5是右机翼各剖面净剪力随时间变化曲线。
图6是过载和右机翼净剪力的拟合曲线。
图7是右机翼剖面1净剪力的计算值和测试值对比曲线。
具体实施方式
实施例1
一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法，包括以下步骤：
a、如图1所示，无人机试飞后，截取需要研究的时间区间内飞参数据，通过Matlab编写的程序对截取的飞参数据进行滤波和插值处理，得到机翼剖面气动载荷和机翼剖面以外的余油重量；
b、如图2所示，建立压力分布数据库，通过插值和积分得到机翼剖面气动载荷和压心位置，机翼剖面气动载荷分别记为FQ1、FQ2、FQ3、FQ4;
c、对机翼catia模型进行测量，并计算出单边机翼中油箱体积，记为V；根据剖面站位对机翼油箱catia模型进行分割，测量后计算出每个剖面到翼尖之间的机翼油箱体积，分别记为V1、V2、V3、V4；计算每个剖面外机翼油箱占单边机翼油箱的比例，分别记为K1、K2、K3、K4，其中，K1=V1/V、K2=V2/V、K3=V3/V、K4=V4/V;
d、如图3所示，利用无人机耗油曲线，解算出飞机机翼余油和飞机总重关系的插值表（插值表如图4所示），通过无人机耗油曲线计算飞机机翼余油和飞机总重关系；
e、通过飞参数据中的全机重量插值出机翼余油重量，记为GJY，计算出右机翼剖面以外的余油重量，分别记为GJY1、GJY2、GJY3、GJY4，其中GJY1=0.5×GJY×K1、GJY2=0.5×GJY×K2、GJY3=0.5×GJY×K3、GJY4=0.5×GJY×K4；
f、通过对机翼有限元模型进行分割，求出机翼剖面外结构重量，记为GJG1、GJG2、GJG3、GJG4；
g、如图5所示，机翼剖面净载荷：将机翼剖面气动载荷和惯性载荷进行叠加得到机翼剖面净剪力，分别记为F1、F2、F3、F4，其中F1=FQ1-(GJY1+GJG1)×g、F2=FQ1-(GJY2+GJG2)×g、F3=FQ3-(GJY3+GJG3)×g、F4=FQ4-(GJY4+GJG4)×g，g代表重力加速度，各剖面的净弯矩和净扭矩通过净剪力乘以压心距重心距离得到；
h、如图6所示，拟合剖面载荷与过载关系曲线：将计算出的机翼严重载荷与过载进行线性拟合；
i、如图7所示，与试飞结果对比：将测试结果转化与计算结果相同的时间轴，计算的剖面净载荷进行对比和验证。
所述飞参数据包括时标、飞控飞行高度、飞控真空速、飞机法向过载、飞控攻角、飞控侧滑角、副翼舵面回报、尾翼舵面回报和飞机重量。
所述压力分布数据通过仿真技术或风洞试验获取。
通过在无人机试飞过程中用该方法计算机翼剖面的严重载荷，指导飞行载荷试飞科目的规划，确保无人机飞行载荷试飞科目顺利完成；另一方面在无人机飞行载荷试飞之后，可以用该方法计算出本次试飞过程中的机翼剖面载荷，与测试结果进行对比，互相验证。
通过姿态参数的获取、机翼剖面气动载荷计算、机翼剖面以外的余油重量计算、机翼剖面外结构重量计算、机翼剖面净载荷计算、机翼剖面严重载荷预判、与测试结果相互验证。所述姿态参数获取主要是对需要研究的相关飞参数据进行截取和插值；所述的机翼剖面气动载荷计算主要是通过对仿真计算或风洞试验获取的压力分布数据进行插值、积分得到上一步骤获取飞参数据所对应的机翼剖面气动载荷；所述的机翼剖面以外的余油重量计算主要是建立机翼余油和飞机重量的关系模型，通过飞参数据中的飞机重量插值得到机翼余油，再根据剖面位置分布解算出机翼剖面以外的余油重量；所述的机翼剖面外结构重量计算是采用剖面站位对机翼有限元模型进行分割，计算出剖面外机翼结构重量；所述的机翼剖面净载荷计算是通过将机翼剖面气动载荷和惯性载荷进行矢量叠加得到；所述的严重载荷预判是通过对上一步骤得到的机翼剖面净载荷及过载数据进行线性拟合，以所规划科目的过载为横坐标，采用拟合曲线拟合出机翼剖面可能出现的严重载荷，指导载荷试飞科目的规划；所述的与测试结果相互验证主要是通过将测试结果时间轴转化为与计算结果相同时间轴来对比验证。
通过考虑了耗油对机翼剖面惯性载荷的影响；同时可以利用试飞数据对机翼剖面载荷进行拟合，对待飞科目进行严重载荷预判，指导试飞科目规划。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (3)

1.一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、无人机试飞后，截取需要研究的时间区间内飞参数据，通过Matlab编写的程序对截取的飞参数据进行滤波和插值处理，得到机翼剖面气动载荷和机翼剖面以外的余油重量；
b、建立压力分布数据库，通过插值和积分得到机翼剖面气动载荷和压心位置，机翼剖面气动载荷分别记为FQ1、FQ2、FQ3、FQ4；
c、对机翼catia模型进行测量，并计算出单边机翼中油箱体积，记为V；根据剖面站位对机翼油箱catia模型进行分割，测量后计算出每个剖面到翼尖之间的机翼油箱体积，分别记为V1、V2、V3、V4；计算每个剖面外机翼油箱占单边机翼油箱的比例，分别记为K1、K2、K3、K4，其中，K1=V1/V、K2=V2/V、K3=V3/V、K4=V4/V；
d、通过无人机耗油曲线计算飞机机翼余油和飞机总重关系；
e、通过飞参数据中的全机重量插值出机翼余油重量，记为GJY，计算出右机翼剖面以外的余油重量，分别记为GJY1、GJY2、GJY3、GJY4，其中GJY1=0.5×GJY×K1、GJY2=0.5×GJY×K2、GJY3=0.5×GJY×K3、GJY4=0.5×GJY×K4；
f、通过对机翼有限元模型进行分割，求出机翼剖面外结构重量，记为GJG1、GJG2、GJG3、GJG4；
g、机翼剖面净载荷：将机翼剖面气动载荷和惯性载荷进行叠加得到机翼剖面净剪力，分别记为F1、F2、F3、F4，其中F1=FQ1-(GJY1+GJG1)×g、F2=FQ1-(GJY2+GJG2)×g、F3=FQ3-(GJY3+GJG3)×g、F4=FQ4-(GJY4+GJG4)×g，g代表重力加速度，各剖面的净弯矩和净扭矩通过净剪力乘以压心距重心距离得到；
h、拟合剖面载荷与过载关系曲线：将计算出的机翼严重载荷与过载进行线性拟合；
i、与试飞结果对比：将测试结果转化与计算结果相同的时间轴，计算的剖面净载荷进行对比和验证。
2.如权利要求1所述的一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法，其特征在于：所述飞参数据包括时标、飞控飞行高度、飞控真空速、飞机法向过载、飞控攻角、飞控侧滑角、副翼舵面回报、尾翼舵面回报和飞机重量。
3.如权利要求1所述的一种带整体油箱的机翼剖面载荷计算方法，其特征在于：所述压力分布数据通过仿真技术或风洞试验获取。
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