CN113961543A - 一种基于mgaero的气动力数据库生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，包括以下步骤，S1，设置原始mgaero计算模型，原始计算模型包括计算模型文件模板和计算工况文件模板；S2，通过配置复合舵面和计算任务矩阵的特征参数值，并修改原始mgaero计算模型中对应特征参数值，批量生成全包线范围工况的计算模型文件和计算工况文件；S3，基于多个计算模型文件和计算工况文件，配置批处理计算文件，生成多个结果文件，结果文件包含了飞机在所有工况下的气动力数据和铰链力矩数据结果；S4，基于结果文件，利用mgaero计算工况，生成计算结果；S5，批量读取计算结果，并判别计算结果的正误，生成飞机的气动力数据库。本发明具有提高飞行载荷设计效率技术效果。

Description

一种基于mgaero的气动力数据库生成方法

技术领域

本发明涉及一种飞行载荷设计技术领域，特别涉及一种基于mgaero的气动力数据库生成方法。

背景技术

在飞机的设计过程中，飞行载荷设计是一项重要任务，影响着飞机的重量和结构安全。飞机的全机、各部件气动数据是飞行载荷计算的主要输入之一，其计算速度和精度，直接影响着飞行载荷计算的周期和准确性。通常，飞机气动数据的获取有两种方法：一种为在风洞试验中进行测力试验获取，另一种为通过计算流体力学(CFD)计算获取。由于风洞试验周期长，经费高，因此计算流体力学(CFD)计算获取的方法使用更为普遍。

常用的商业CFD软件有fluent、CFD++、mgaero等。相比其他软件，mgaero的计算效率更高，同时，精度也满足飞行载荷设计要求。由于飞机气动数据的计算工况多，通常达成千上万个，因此，选择mgaero来获取全机、各部件的气动力数据库，更加具有工程优势。

mgaero进行CFD计算时，需要准备两个文件，一个为飞机模型文件(PIN文件)，另一个为计算工况文件(SIN文件)。在计算每个工况时，均需准备好该工况对应的PIN文件和SIN文件方能计算。计算完成后，需要在mgaero计算结果文件(SOUT文件)中提取数据。由于飞行载荷全机、各部件的气动数据需要在全包线范围内计算，工况众多，因此，计算人员需要耗费大量时间在PIN和SIN文件的准备和结果数据的提取上。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的数据提取效率过低的问题，提供一种基于mgaero的气动力数据库生成方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，包括以下步骤，

S1，设置原始mgaero计算模型，所述原始计算模型包括计算模型文件模板和计算工况文件模板；

S2，通过配置复合舵面和计算任务矩阵的特征参数值，并修改所述原始mgaero计算模型中对应特征参数值，批量生成全包线范围工况的计算模型文件和计算工况文件；

S3，基于多个计算模型文件和计算工况文件，配置批处理计算文件，生成多个结果文件，所述结果文件包含了飞机在所有工况下的气动力数据和铰链力矩数据结果；

S4，基于所述结果文件，利用mgaero计算工况；生成计算结果；

S5，批量读取计算结果，并判别计算结果的正误，生成飞机的气动力数据库。

通过采用上述技术方案，在飞机载荷设计过程中，能够实现批量生成计算工况，得到结果文件，且在生成结果文件后，能够批量读取计算结果，并对计算结果进行判断，完成飞机气动力数据库的生成；以在飞机的设计过程中，提高飞行载荷设计效率。

可选地，所述原始计算模型包括计算模型文件模板和计算工况文件模板，所述计算模型文件包括飞机几何外形的面网格和空间的体网格信息，所述计算工况文件包括飞机的计算信息，所述计算信息包括马赫数、攻角、侧滑角和舵面偏。

可选地，步骤S2具体包括以下步骤：A、对复合舵面偏转信息进行配置，并批量生成计算模型文件；B、对计算任务矩阵进行配置，并批量生成计算工况文件。

可选地，所述对复合舵面偏转信息进行配置，并批量生成计算模型文件具体包括以下步骤：

S21，选择要偏转的舵面1，输入舵面1的转轴端点X坐标、Y坐标和Z坐标；

S22，基于输入的X坐标、Y坐标和Z坐标，获取舵面1的转轴信息；

S23，基于转轴信息和旋转舵面角度，偏转舵面；

S24，重复步骤S21-S23，获取舵面1-舵面n的转轴信息，记作[舵面1、舵面2、......、舵面n]，并且每次偏转均生成计算模型文件。

可选地，所述对计算任务矩阵进行配置，并批量生成计算工况文件，具体包括以下步骤：

按照n个马赫数[M₁、M₂、……M_n]、n个攻角[α₁、α₂、……α_n]、n个侧滑角[β₁、β₂、……β_n]、n个舵面偏度[δ₁、δ₂、……δ_n]的顺序进行工况排列，整理为数据格式为[M、α、β、δ]的计算任务矩阵，并且基于格式为[M、α、β、δ]的计算任务矩阵生成计算工况文件。

可选地，所述配置批处理计算文件，生成多个结果文件具体包括，在生成计算模型文件和计算工况文件时，在计算模型文件和计算工况文件中均添加批处理语句，执行批处理语句，就能够得到结果文件，所述结果文件包括该工况的全机气动数据、各个舵面上的气动数据和铰链力矩数据结果。

可选地，所述批量读取计算结果具体包括，基于结果文件，分别配置全机气动数据、部件气动数据和舵面铰链力矩数据。

可选地，所述判别计算结果的正误的方法具体包括，通过对全机气动数据、部件气动数据、舵面铰链力矩数据结果进行错误信息识别，自动判断所有工况的计算结果，若出现错误值，则将错误的结果进行错误标识，并将正确数据结果进行标准化数据格式输出；若未出现错误值，则直接将正确数据结果进行标准化数据格式输出。

可选地，所述判别计算结果的正误的方法还包括，对批量提取结果文件进行绘图检查，判断是否存在明显错误；其中，全机气动数据、部件气动数据绘制升力、俯仰力矩随攻角的变化图，舵面铰链力矩数据绘制铰链力矩数据随攻角的变化图。

与现有技术相比，本发明的有益效果：在飞机载荷设计过程中，能够实现批量生成计算工况，得到结果文件，且在生成结果文件后，能够批量读取计算结果，并对计算结果进行判断，完成飞机气动力数据库的生成；以在飞机的设计过程中，提高飞行载荷设计效率。

附图说明：

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例的流程框图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，参照图1和图2，包括以下步骤，

S1，设置原始mgaero计算模型，所述原始计算模型包括计算模型文件模板和计算工况文件模板。

原始的mgaero计算模型文件为PIN格式的计算模型文件和SIN格式的计算工况文件，使用这两种格式的原始计算模型，作为生成计算文件的模板文件。

S2，通过配置复合舵面和计算任务矩阵的特征参数值，并修改所述原始mgaero计算模型中对应特征参数值，批量生成全包线范围工况的计算模型文件和计算工况文件。

A、对复合舵面偏转信息进行配置，并批量生成计算模型文件。

首先添加旋转舵面角度，多次偏转舵面，配置复合舵面偏转信息；具体包括下述步骤，

S21，选择要偏转的舵面1，输入舵面1的转轴端点X坐标、Y坐标和Z坐标；

S22，基于输入的X坐标、Y坐标和Z坐标，获取舵面1的转轴信息；

S23，基于转轴信息和旋转舵面角度，偏转舵面；

S24，重复步骤S21-S23，获取舵面1-舵面n的转轴信息，记作[舵面1、舵面2、......、舵面n]，并且每次偏转均生成计算模型文件。

对复合舵面偏转信息进行配置，该配置用于批量生成PIN文件，首先，选择要偏转的舵面1，输入该舵面转轴端点X坐标[x₁]、Y坐标[y₁]、Z坐标[z₁]，即可得到舵面1转轴信息，可对n个舵面转轴进行配置为[x₁、x₂、……x_n]、[y₁、y₂、……y_n]、[z₁、z₂、……z_n]，其复合舵面配置信息可记为[舵1、舵2、……舵n]。

B、对计算任务矩阵进行配置，并批量生成计算工况文件。

对计算任务矩阵进行配置，该配置用于批量生成计算模型文件，按照n个马赫数[m₁、m₂、……m_n]、n个攻角[α₁、α₂、……α_n]、n个侧滑角[β₁、β₂、……β_n]、n个舵面偏度[δ₁、δ₂、……δ_n]的顺序进行工况排列，整理为数据格式为[m、α、β、δ]。

S3，基于多个计算模型文件和计算工况文件，配置批处理计算文件，生成多个结果文件，所述结果文件包含了飞机在所有工况下的气动力数据和铰链力矩数据结果。

根据步骤S1中的原始计算模型，即PIN格式的计算模型文件和SIN格式的计算工况文件；批量生成n个工况下的计算模型文件、计算工况文件。

首先，批量生成计算模型文件，当舵面偏转后，其计算模型文件应重新生成，通过在计算模型文件对应的[舵1、舵2、……舵n]中分别加入舵面“ROTATION”旋转语句，添加旋转舵面角度[δ₁、δ₂、……δ_n]，即可生成新的计算模型文件。

生成的n个计算模型文件记为[舵1δ₁、舵2δ₂、……舵nδ_n].PIN；在该舵偏状态下，批量生成相应的计算工况文件，当马赫数、攻角、侧滑角发生变化后，其计算工况文件应重新生成，通过将原始计算工况文件中的特征参数([m₁、m₂、……m_n]、[α₁、α₂、……α_n]和[β₁、β₂、……β_n])进行相应数值修改，即可生成新的SIN格式的计算工况文件，n个SIN格式的计算工况文件记为[状态1m₁α₁β₁δ₁、状态2[m₂α₂β₂δ₂、……状态nm_nα_nβ_nδ_n].SIN。

将n个工况下PIN格式的计算模型文件和SIN格式的计算工况文件按顺序进行生成，即获取了所有计算文件。将批量生成的n个计算模型文件、计算工况文件名分别记为[S₁、S₂、……S_n]、[T₁、T₂、……T_n]。

S4，基于所述结果文件，利用mgaero计算工况；生成计算结果。

在生成计算模型文件和计算工况文件时，在计算模型文件和计算工况文件中均添加批处理语句；

根据上述的[S₁、S₂、……S_n]、[T₁、T₂、……T_n]，建立一个计算批处理的BAT格式文件，每生成一个计算模型文件时，均再批处理文件加入“mgprep[S₁、S₂、……S_n]”语句；每生成一个计算工况文件时，生成“mgsolve[S₁、S₂、……S_n]、[T₁、T₂、……T_n]”语句。该类型语句为调用mgaero进行计算的语句。最后，执行该批处理文件，即可实现所有工况的计算，mgaero每个工况计算完成后，将生成对应结果文件：文件名与计算模型文件名一致，但后缀为“SOUT”的文件；结果文件包括该工况的全机气动数据、各个舵面上的气动数据和铰链力矩数据结果。

S5，批量读取计算结果，并判别计算结果的正误，生成飞机的气动力数据库。

根据上述的“SOUT”结果文件；对全机气动数据进行读取，首先，打开该文件夹下的所有“SOUT”文件，通过搜索全机气动数据标识，定位全机气动数据所处区域，而后提取出该语句下的数据，将气动数据六分量记为[CFX、CFY、CFZ、CMX、CMY、CMZ]，其输出的全机气动数据结构形式为{[T₁、T₂、……T_n]、CFX、CFY、CFZ、CMX、CMY、CMZ}，记为[S]。

对部件气动数据进行读取，在计算结果“SOUT”文件中，包含每个面的气动数据，通过对属于该部件的面气动数据进行叠加可得部件气动数据。部件1包含[面网格1、面网格2、……面网格n]，若计算模型包含n个计算部件，则将n个部件配置为[部件1、部件2、……部件n]。配置完成后，根据“SOUT”文件中的面气动数据信息，叠加各部件包含的面气动数据，可得部件1气动数据结构形式为{[T₁、T₂、……T_n]、CFX1、CFY1、CFZ1、CMX1、CMY1、CMZ1}，记为[O₁]，则n个部件气动数据结构形式为[O₁、O₂、……O_n]。

对舵面铰链力矩进行读取，通过对属于舵面包含的面铰链力矩进行叠加可得舵面铰链力矩数据。舵面1包含[舵面网格1、舵面网格2、……舵面网格n]；若计算模型包含n个舵面，则将n个舵面配置为[舵面1、舵面2、……舵面n]。配置完成后，根据“SOUT”文件中的面铰链力矩数据信息，叠加各舵面包含的面铰链力矩数据，可得舵面铰链力矩数据记为[P]，舵1铰链力矩数据结构形式为{[T₁、T₂、……T_n]、P₁}，记为[Q₁]，则n个舵面铰链力矩结构形式为[Q₁、Q₂、……Q_n]。

判别计算结果的正误的方法具体包括，通过对全机气动数据、部件气动数据、舵面铰链力矩数据结果进行错误信息识别，自动判断所有工况的计算结果，若出现错误值，则将错误的结果进行错误标识，并将正确数据结果进行标准化数据格式输出；若未出现错误值，则直接将正确数据结果进行标准化数据格式输出。

根据上述的“SOUT”文件，如果某工况下计算结果包含错误信息，则该工况下的SOUT文件中会有”ERROR”字符串，因此在输出的结果统计文件中，添加一列错误标识数据，记为[R]，如果不包含错误，则该数据[R]置为0，若包含错误，则[R]置为9999。将结果进行标准化输出，即全机气动数据结果输出为[S、R]，n个部件气动数据结果输出为[O₁ R₁、O₂R₂、……O_n R_n]，n个舵面气动数据结果输出为[Q₁ R₁、Q₂ R₂、……Q_n R_n]。

判别计算结果的正误的方法还包括，对批量提取结果文件进行绘图检查，判断是否存在明显错误；其中，全机气动数据、部件气动数据绘制升力、俯仰力矩随攻角的变化图，舵面铰链力矩数据绘制铰链力矩数据随攻角的变化图。

根据第4步[S]、[O₁、O₂、……O_n]、[Q₁、Q₂、……Q_n]文件，可对批量提取结果进行绘图检查，可检查是否存在明显错误，例如曲线的跳点；其中，全机数据、部件数据可绘制[m₁、m₂、……m_n]、[β₁、β₂、……β_n]、[δ₁、δ₂、……δ_n]组合情况下的升力、俯仰力矩随攻角的变化图进行检查；铰链力矩可绘制[m₁、m₂、……m_n]、[β₁、β₂、……β_n]、[δ₁、δ₂、……δ_n]组合情况下的铰链力矩数据随攻角的变化图进行检查。

通过自动化判别正误、图形检查后，将全机数据、部件数据、铰链力矩数据结果进行标准化输出，即为载荷计算所需的气动力数据库，该数据库可为后续载荷设计提供原始数据支撑。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1，设置原始mgaero计算模型，所述原始计算模型包括计算模型文件模板和计算工况文件模板；

S2，通过配置复合舵面和计算任务矩阵的特征参数值，并修改所述原始mgaero计算模型中对应特征参数值，批量生成全包线范围工况的计算模型文件和计算工况文件；

S3，基于多个计算模型文件和计算工况文件，配置批处理计算文件，生成多个结果文件，所述结果文件包含了飞机在所有工况下的气动力数据和铰链力矩数据结果；

S4，基于所述结果文件，利用mgaero计算工况；生成计算结果；

S5，批量读取计算结果，并判别计算结果的正误，生成飞机的气动力数据库。

2.根据权利要求1所述的一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，其特征在于，所述原始计算模型包括计算模型文件模板和计算工况文件模板，所述计算模型文件包括飞机几何外形的面网格和空间的体网格信息，所述计算工况文件包括飞机的计算信息，所述计算信息包括马赫数、攻角、侧滑角和舵面偏。

3.根据权利要求1所述的一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：A、对复合舵面偏转信息进行配置，并批量生成计算模型文件；B、对计算任务矩阵进行配置，并批量生成计算工况文件。

4.根据权利要求3所述的一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，其特征在于，所述对复合舵面偏转信息进行配置，并批量生成计算模型文件具体包括以下步骤：

S21，选择要偏转的舵面1，输入舵面1的转轴端点X坐标、Y坐标和Z坐标；

S22，基于输入的X坐标、Y坐标和Z坐标，获取舵面1的转轴信息；

S23，基于转轴信息和旋转舵面角度，偏转舵面；

S24，重复步骤S21-S23，获取舵面1-舵面n的转轴信息，记作[舵面1、舵面2、......、舵面n]，并且每次偏转均生成计算模型文件。

5.根据权利要求4所述的一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，其特征在于，所述对计算任务矩阵进行配置，并批量生成计算工况文件，具体包括以下步骤：

按照n个马赫数[M₁、M₂、……M_n]、n个攻角[α₁、α₂、……α_n]、n个侧滑角[β₁、β₂、……β_n] 、n个舵面偏度[δ₁、δ₂、……δ_n]的顺序进行工况排列，整理为数据格式为[M、α、β、δ]的计算任务矩阵，并且基于格式为[M、α、β、δ]的计算任务矩阵生成计算工况文件。

6.根据权利要求5所述的一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，其特征在于，所述配置批处理计算文件，生成多个结果文件具体包括，在生成计算模型文件和计算工况文件时，在计算模型文件和计算工况文件中均添加批处理语句，执行批处理语句，就能够得到结果文件，所述结果文件包括该工况的全机气动数据、各个舵面上的气动数据和铰链力矩数据结果。

7.根据权利要求6所述的一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，其特征在于，所述批量读取计算结果具体包括，基于结果文件，分别配置全机气动数据、部件气动数据和舵面铰链力矩数据。

8.根据权利要求7所述的一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，其特征在于，所述判别计算结果的正误的方法具体包括，通过对全机气动数据、部件气动数据、舵面铰链力矩数据结果进行错误信息识别，自动判断所有工况的计算结果，若出现错误值，则将错误的结果进行错误标识，并将正确数据结果进行标准化数据格式输出；若未出现错误值，则直接将正确数据结果进行标准化数据格式输出。

9.根据权利要求8所述的一种基于mgaero的气动力数据库生成方法，其特征在于，所述判别计算结果的正误的方法还包括，对批量提取结果文件进行绘图检查，判断是否存在明显错误；其中，全机气动数据、部件气动数据绘制升力、俯仰力矩随攻角的变化图，舵面铰链力矩数据绘制铰链力矩数据随攻角的变化图。

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