CN113409418A - 一种飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，属于航空技术领域。一种飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、建立巡航飞行动力学方程，以巡航高度、巡航速度二维循环计算求解每个高度、速度状态点下的巡航分钟耗油量，根据飞机飞行包线范围，取不同巡航高度点、不同速度点为初始条件进行二维循环计算，获取整个飞行包线范围内的巡航分钟耗油量数据库；步骤二、根据飞机巡航分钟耗油量数据库，生成等分钟耗油量包线图。本发明具有如下优点：飞行员能够更加直观地查找出各个高度、速度下的分钟耗油量数据，有利于飞行员更快速地进行巡航飞行任务的规划。

Description

一种飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法
技术领域
本发明涉及一种飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，属于航空技术领域。
背景技术
飞机在执行长航时的巡航飞行任务时，飞行员需要确定在给定巡航高度、巡航速度下的每分钟或每小时的燃油消耗量，然后根据巡航任务飞行的时间，进而估算巡航飞行任务可能消耗的燃油量。目前，飞机设计部门一般根据飞机的能力计算给定高度下的最佳巡航分钟耗油量。然而，根据飞行任务的不同或任务的变更，飞行员往往需要获取其他高度、速度下的分钟耗油量，用以进行其他巡航飞行任务的规划。现代飞机的飞行包线十分宽广，飞行高度可从海平面至万米高空，飞行速度可从200公里每小时至1000多公里每小时。若要获取每个高度、速度下的分钟耗油量，那么计算状态点的数量是非常多的，而且数据点较多对于飞行员的查找和使用是不利的，因此，需要在获取不同高度、速度状态点下分钟耗油量数据库的基础上，生成一种飞机全包线范围内的分钟耗油量综合显示图，使飞行员能够方便直观地查找出各个高度、速度下的分钟耗油量数据。目前，从公开的文献资料中，未查找到巡航飞行分钟耗油量包线图绘制方法的相关资料，也未查找到该方面的相关研究。
发明内容
本发明提供一种飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，该方法可计算出飞机不同高度、速度下的分钟耗油量数据，并生成一种等分钟耗油量包线综合显示图，有利于飞行员对数据的查找和使用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、建立巡航飞行动力学方程，以巡航高度、巡航速度二维循环计算求解每个高度、速度状态点下的巡航分钟耗油量，根据飞机飞行包线范围，取不同巡航高度点、不同速度点为初始条件进行二维循环计算，获取整个飞行包线范围内的巡航分钟耗油量数据库；
步骤二、根据飞机巡航分钟耗油量数据库，生成等分钟耗油量包线图。
优选的，在步骤一中，获取飞机巡航分钟耗油量数据，包括以下步骤：
(1)基于飞机的总体参数数据、气动数据、发动机数据，根据巡航飞行的飞行动力学特点，建立飞机巡航平飞动力学方程；
(2)根据给定的初始参数条件：飞机质量、飞行高度、飞行速度，循环迭代计算巡航平飞动力学方程，计算该条件下的飞机平飞需用推力；
(3)根据飞机的发动机数据，由推力数据插值计算求得飞机的发动机状态，再通过发动机状态、速度、环境温度计算出飞机巡航分钟耗油量数据。
优选的，在步骤二中，根据飞机巡航分钟耗油量数据库，梳理出分钟耗油量范围；通过高度点或速度点进行插值计算获取目标分钟耗油量在不同高度、速度范围内的分布位置，然后将飞行包线范围内相同分钟耗油量数据点绘制成包线图。
优选的，飞机巡航飞行动力学方程为：
P cos(α+φp)-D＝0 ①
L+P sin(α+φp)-G＝0 ②
Cy＝L/(0.5ρV2S) ③
D＝0.5CxρV2S ④
上式中，P为飞机所受的发动机推力；D为飞机所受的气动阻力；L为飞机所受的气动升力；G为飞机的重力；α为飞机的迎角，即飞机速度方向与飞机机体水平线的夹角；φp为发动机推力线与飞机机体水平线的夹角；cy为飞机升力系数；cx为飞机阻力系数；ρ为大气密度；V为飞行速度，S为飞机的参考面积；
优选的，在(1)中，气动数据由迎角、升力系数、阻力系数组成。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过计算飞机飞行包线范围内的分钟耗油量数据，并生成为一种方便查找的综合显示图，飞行员能够更加直观地查找出各个高度、速度下的分钟耗油量数据，有利于飞行员更快速地进行巡航飞行任务的规划。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详述：一种飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，主要由两部分组成：
1)建立巡航飞行动力学方程，以巡航高度、巡航速度二维循环计算求解每个高度、速度状态点下的巡航分钟耗油量；
首先，基于一种飞机的总体参数数据、气动数据、发动机数据等，根据巡航飞行的飞行动力学特点，建立飞机巡航平飞动力学方程；
其次，根据给定的初始参数条件，如飞机的质量、飞行高度、飞行速度，循环迭代计算求解巡航平飞运动方程，求得该条件下飞机的平飞需用推力；
最后，根据飞机的发动机数据，由推力数据插值计算求得飞机的发动机状态，再通过发动机状态、速度、环境温度等计算出飞机的耗油量数据；
计算过程中，根据飞机飞行包线范围，取不同巡航高度点、不同速度点为初始条件进行二维循环计算，最终获取整个飞行包线范围内的巡航分钟耗油量数据库；
2)根据飞机巡航分钟耗油量数据库，生成等分钟耗油量包线图；
根据飞机巡航分钟耗油量数据库，梳理出分钟耗油量范围；通过高度点或速度点进行插值计算获取目标分钟耗油量在不同高度、速度范围内的分布位置；最后，将飞行包线范围内相同分钟耗油量数据点绘制成包线图。
本实施例具体步骤如下：
(1)首先，建立巡航飞行动力学方程，飞机在做等速度平飞时，飞机的航迹角为零，飞机发动机推力主要平衡飞机所受到的气动阻力，飞机的气动升力主要平衡飞机的重力，因此，飞机巡航飞行动力学方程如下：
P cos(α+φp)-D＝0 ①
L+P sin(α+φp)-G＝0 ②
上式中，P为飞机所受的发动机推力；D为飞机所受的气动阻力；L为飞机所受的气动升力；G为飞机的重力；α为飞机的迎角，即飞机速度方向与飞机机体水平线的夹角；φp为发动机推力线与飞机机体水平线的夹角；
(2)根据给定的初始条件，对上述方程进行求解。飞机的速度、高度、重力为已知条件，假设初始状态下飞机升力等于重力，可求得初始飞机升力系数cy，见下式③；
式中，ρ为大气密度，可由高度求得；V为飞行速度，S为飞机的参考面积；
Cy＝L/(0.5ρV2S) ③
飞机的气动数据由迎角、升力系数、阻力系数组成，迎角与升力系数、阻力系数存在对应关系。因此，通过上式③求得的升力系数可插值计算求得飞机的初始迎角和阻力系数，从而求得飞机所受的气动阻力，见下式④，式中，cx为飞机阻力系数；将阻力带入式①可求得飞机所需的发动机推力，再由式②可求得飞机的升力；
D＝0.5CxρV2S ④
上述求解过程经过多次迭代计算，可获得初始高度、速度下的平飞需用推力；飞机的发动机数据由速度、高度、发动机状态、推力、单位时间耗油量等数据组成，将求得的推力带入飞机发动机数据库进行插值计算可求得飞机发动机状态，由速度、发动机状态插值计算可获取飞机的分钟耗油量；
(3)选取飞机飞行包线范围内的不同高度、速度，循环进行第(2)步的分钟耗油量计算过程，可获取飞机全包线范围的分钟耗油量数据库，如表1所示；
表1：飞机分钟耗油量数据库示意数据表
Figure BDA0003111954900000041
数据量的大小由选取的高度、速度点的数量决定，表1展示了高度0～10000米、马赫数0.3～0.75范围内飞机典型飞行重量下的分钟耗油量数据分布。从表1可以看出，相同的分钟耗油量分布在不同高度、速度范围，如马赫数0.35时，26(千克/分钟)的分钟耗油量分布在高度3000米和高度5000米，在高度、速度范围可通过插值计算获取26(千克/分钟)分布的高度、速度位置。以分钟耗油量25(千克/分钟)为例，在高度7000米时，通过计算可知该分钟耗油量应分别分布在马赫数0.35～0.4之间和马赫数0.6～0.65之间的某个位置，具体位置由线性插值计算获得，同理，在马赫数为0.45时，可得到该分钟耗油量应分布在高度5000～6000米之间，以此类推，在不同高度或速度范围，以分钟耗油量25(千克/分钟)为插值点，计算出该值的高度、速度在飞行包线内的分布位置，进而绘制出等25(千克/分钟)分钟耗油量包线图，其他等分钟耗油量包线图可采取同样的方法生成，如图1所示；
图1：飞机等分钟耗油量包线示意图
Figure BDA0003111954900000051
需要说明的是，等分钟耗油量包线图的准确性由计算设定的高度、速度状态点的疏密程度所决定，显然，状态点越密，则目标分钟耗油量的位置就越准确，等分钟耗油量包线图的曲线越光滑，但计算量会更大。

Claims (5)

1.一种飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、建立巡航飞行动力学方程，以巡航高度、巡航速度二维循环计算求解每个高度、速度状态点下的巡航分钟耗油量，根据飞机飞行包线范围，取不同巡航高度点、不同速度点为初始条件进行二维循环计算，获取整个飞行包线范围内的巡航分钟耗油量数据库；
步骤二、根据飞机巡航分钟耗油量数据库，生成等分钟耗油量包线图。
2.根据权利要求1所述的飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，其特征在于：在步骤一中，获取飞机巡航分钟耗油量数据，包括以下步骤：
(1)基于飞机的总体参数数据、气动数据、发动机数据，根据巡航飞行的飞行动力学特点，建立飞机巡航平飞动力学方程；
(2)根据给定的初始参数条件：飞机质量、飞行高度、飞行速度，循环迭代计算巡航平飞动力学方程，计算该条件下的飞机平飞需用推力；
(3)根据飞机的发动机数据，由推力数据插值计算求得飞机的发动机状态，再通过发动机状态、速度、环境温度计算出飞机巡航分钟耗油量数据。
3.根据权利要求1所述的飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，其特征在于：在步骤二中，根据飞机巡航分钟耗油量数据库，梳理出分钟耗油量范围；通过高度点或速度点进行插值计算获取目标分钟耗油量在不同高度、速度范围内的分布位置，然后将飞行包线范围内相同分钟耗油量数据点绘制成包线图。
4.根据权利要求2所述的飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，其特征在于：飞机巡航飞行动力学方程为：
P cos(α+φp)-D＝0 ①
L+P sin(α+φp)-G＝0 ②
Cy＝L/(0.5ρV2S) ③
D＝0.5CxρV2S ④
上式中，P为飞机所受的发动机推力；D为飞机所受的气动阻力；L为飞机所受的气动升力；G为飞机的重力；α为飞机的迎角，即飞机速度方向与飞机机体水平线的夹角；φp为发动机推力线与飞机机体水平线的夹角；cy为飞机升力系数；cx为飞机阻力系数；ρ为大气密度；V为飞行速度，S为飞机的参考面积；
5.根据权利要求2所述的飞机巡航等分钟耗油量包线综合图表计算和生成方法，其特征在于：在(1)中，气动数据由迎角、升力系数、阻力系数组成。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114004021A (zh) * 2021-10-25 2022-02-01 中国航空无线电电子研究所 用于飞行管理系统性能管理的巡航燃油流量计算方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110046735A (zh) * 2018-12-10 2019-07-23 南京航空航天大学 基于飞行数据分析的飞机离场燃油消耗评估方法
CN111241625A (zh) * 2019-10-17 2020-06-05 成都飞机工业（集团）有限责任公司 飞机发动机特性辨识及平衡极曲线辨识的试飞方法
CN111709195A (zh) * 2020-05-22 2020-09-25 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法
CN112378468A (zh) * 2020-11-13 2021-02-19 四川泛华航空仪表电器有限公司 一种小样本训练数据条件下的飞机巡航燃油耗量测量方法
CN112434380A (zh) * 2020-12-12 2021-03-02 江西洪都航空工业股份有限公司 一种飞机机翼重量估算方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110046735A (zh) * 2018-12-10 2019-07-23 南京航空航天大学 基于飞行数据分析的飞机离场燃油消耗评估方法
CN111241625A (zh) * 2019-10-17 2020-06-05 成都飞机工业（集团）有限责任公司 飞机发动机特性辨识及平衡极曲线辨识的试飞方法
CN111709195A (zh) * 2020-05-22 2020-09-25 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于盘旋试飞数据巡航耗油特性的修正方法
CN112378468A (zh) * 2020-11-13 2021-02-19 四川泛华航空仪表电器有限公司 一种小样本训练数据条件下的飞机巡航燃油耗量测量方法
CN112434380A (zh) * 2020-12-12 2021-03-02 江西洪都航空工业股份有限公司 一种飞机机翼重量估算方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. BEGUET等: "Modeling of transverse gaps effects on boundary-layer transition", 《JOUNAL OF ARTICLE》 *
倪金付等: "地面效应对舰载机着舰点的影响及补偿方法研究", 《教练机》 *
孙淑光等: "机垂直剖面性能优化及仿真", 《 控制工程》 *
孟军辉等: "升力体式浮升混合飞艇设计及参数分析", 《航空学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114004021A (zh) * 2021-10-25 2022-02-01 中国航空无线电电子研究所 用于飞行管理系统性能管理的巡航燃油流量计算方法
CN114004021B (zh) * 2021-10-25 2024-04-12 中国航空无线电电子研究所 用于飞行管理系统性能管理的巡航燃油流量计算方法

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