用于建立轰运类飞机燃油质量特性数据库的标准设计工况确定方法技术

本发明专利技术属于飞机燃油测量技术，涉及对用于建立轰运类飞机燃油质量特性数据库的标准设计工况确定方法的改进。标准设计工况包括地面标准设计工况和空中标准设计工况，其特征在于，确定的步骤如下：确定地面标准设计工况；确定空中标准设计工况；以地面标准设计工况和空中标准设计工况下的油箱容腔变形模型作为建立轰运类飞机燃油质量特性数据库的基础。本发明专利技术大幅度减小了标准设计工况下油箱容腔模型与其他工况下油箱容腔模型的误差，从而提高了燃油测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于飞机燃油测量技术，涉及对的改进。
技术介绍
燃油箱油量及其分布是飞机重要的基础信息，稳定、精确的燃油量测量对改善飞机整体性能具有重要意义。一方面，精确的燃油量测量是飞机重心控制的需要。燃油量是飞机最大的可变重量，一般飞机燃油量占全机重量的30% 60%之间，通过对飞机中各个油箱燃油量的精确测量，便于调整燃油在各油箱的分布，实现飞机重心控制，确保飞机重心保持在所允许范围之内，而飞机重心偏差对飞行性能影响巨大，轻则由于需要平尾配平增加飞行阻力，增加油耗，影响经济性，重则影响操稳，带来安全性问题。另一方面，精确的燃油量测量是实施科学飞行管理的需要。实时、准确测量油箱中的剩余油量可以精确计算飞机续航时间，保证飞机安全飞行。目前，国内外最常见的飞机燃油量测量方式为通过遍布于油箱不同部位的油量传感器测量油面高度，然后查询表征油面高度与燃油量对应关系的燃油质量特性数据库， 最后经差值解算得到油量测量结果。其中燃油质量特性数据库的可靠性和合理性是影响最终油量测量精度的重要因素之一。建立燃油质量特性数据库的基础是表征油液所占空间的油箱容腔模型，对于轰运类飞机普遍采用的机翼整体结构油箱来说，由于其翼展大，外界载荷(燃油重力及飞行气动力)对油箱结构的变形影响很大，以地面停机和空中巡航状态为例，地面停机状态下由于油箱结构只受燃油重力和机翼结构重力的作用，油箱结构处于下弯状态，在空中巡航状态下由于在较大向上气动载荷的作用下，油箱结构处于上翘状态；某型号运输机油箱结构变形分析结果表明在同等载油量情况下，地面停机和空中巡航状态下油箱结构最外端位移量偏差近1米，因此，轰运类飞机不同工作状态下油箱容腔模型差异很大。原则上为了提高油量测量精度，需要根据不同典型设计工况分别建立燃油质量特性数据库进行油量解算，但由于计算机数据存储量和计算复杂度的限制，一般情况下，只能选择1个或2个标准设计工况建立燃油质量特性数据库。国内外现有机型中大多数直接选用油箱型架容腔模型作为标准设计工况建立一个燃油质量特性数据库；比较先进的机型选择两个标准设计工况建立燃油质量特性数据库，一般为地面停机标准装载状态和空中巡航标准装载状态。国内外现有的轰运类飞机燃油质量特性数据库的标准设计工况确定方法容易导致燃油测量精度低，其原因在于现有的轰运类飞机燃油质量特性数据库的标准设计工况确定方法没有考虑油箱变形对油量测量的影响，选取的标准设计工况随意性强，导致标准设计工况下油箱容腔模型与其他工况下油箱容腔模型的误差很大，很难同时兼顾飞机工作过程中的多种常见工作状态，很难达到美军标MIL-G-26988C Class III级精度要求，不能满足现代轰运类飞机高精度燃油量测量的需要。未检索到有关的文献。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种能减小标准设计工况下油箱容腔模型与其他工况下油箱容腔模型的误差、从而提高燃油测量精度的。本专利技术的技术解决方案是，标准设计工况包括地面标准设计工况和空中标准设计工况，其特征在于，确定的步骤如下1、确定地面标准设计工况1. 1、划分地面设计工况在飞机处于地面停机状态、不包含燃油的标准装载情况下，按照载油量由零油至满油平均划分为η个工况，η = 6 10，第一地面设计工况为零油状态，最后一个地面设计工况为满油状态；1. 2、获取各地面设计工况的油箱容腔变形模型1. 2. 1、获取油箱型架容腔模型的外包络面根据油箱型架三维数字模型，提取油箱型架容腔模型，同时，在油箱型架容腔模型的基础上，提取油箱型架容腔模型的外包络1. 2. 2、确定各地面设计工况下的载荷数据按照地面压力加油状态进行燃油重量分布计算，确定燃油载荷数据，根据油箱型架三维数字模型获取油箱结构载荷数据，燃油载荷数据和油箱结构载荷数据共同构成地面设计工况下的载荷数据；1. 2. 3、进行各地面设计工况下油箱变形分析建立油箱型架三维数字模型的有限元模型，根据各地面设计工况下的载荷数据进行结构变形分析，得到包含节点初始坐标和变形位移的结果文件；1. 2. 4、获取各地面设计工况下油箱容腔变形模型根据上述结果文件提取各地面设计工况下油箱型架容腔模型外包络面上节点的初始坐标和变形位移；以此为基础，构造各地面设计工况下油箱容腔模型外包络点云数据，对点云数据进行拟合得到变形后的油箱容腔模型包络面，并在此基础上构造出各地面设计工况下油箱容腔变形模型；1. 3、计算各地面设计工况下油箱容腔变形模型的容积误差代数和针对第一地面设计工况下的油箱容腔变形模型，以m+1个水平面将油箱容腔变形模型的容积由零油到满油平均分成m份，m= 10 20，得到m+1个油平面；用得到的m+1个油平面分别切分第二至最后一个地面设计工况下的油箱容腔变形模型，分别得到各油平面以下第一地面设计工况油箱容腔变形模型的容积与第二至最后一个地面设计工况下的油箱容腔变形模型的容积之差的绝对值，上述绝对值组成一个n-1行、m+1列的绝对值矩阵Mi,j, i = 1,2,......n-1, j = 1,2,......，m+1，其中Mlil表示第一个油平面下第一地面设计工况油箱容腔变形模型的容积与第二地面设计工况油箱容腔变形模型的容积差值的绝对值，Mn_u表示第一个油平面下第一地面设计工况油箱容腔变形模型的容积与最后一个地面设计工况油箱容腔变形模型的容积差值的绝对值，Mu2表示第二个油平面下第一地面设计工况油箱容腔变形模型的容积与第二地面设计工况油箱容腔变形模型的容积差值的绝对值，M1^1表示第m+1个油平面下第一地面设计工况油箱容腔变形模型的容积与第二地面设计工况油箱容腔变形模型的容积差值的绝对值；计算绝对值矩阵Mq的各元素之和作为第一地面设计工况下油箱容腔变形模型的容积误差代数和，记为A ；按照上述方法，分别得到第二地面设计工况至最后一个地面设计工况油箱容腔变形模型的绝对值矩阵，然后计算得到第二地面设计工况油箱容腔变形模型的容积误差代数和Q2至第η地面设计工况油箱容腔变形模型的容积误差代数和I；1. 4、选择地面标准设计工况找出Gj1 &的最小值，以该最小值对应的地面设计工况作为地面标准设计工况；2、确定空中标准设计工况2. 1、划分空中设计工况在飞机处于空中巡航状态、按照飞机总重量由空机重量至最大起飞重量平均划分为P个工况，ρ = 8 12，第一空中设计工况为空机状态，最后一个空中设计工况为最大起飞重量状态；2. 2、获取各空中设计工况的油箱容腔变形模型2. 2. 1、获取油箱型架容腔模型的外包络面根据油箱型架三维数字模型，提取油箱型架容腔模型，同时，在油箱型架容腔模型的基础上，提取油箱型架容腔模型的外包络2. 2. 2、确定各空中设计工况下的载荷数据按照空中正常耗油状态进行燃油重量分布计算，确定燃油载荷数据，根据油箱型架三维数字模型吹风载荷数据获取油箱结构载荷数据，燃油载荷数据和油箱结构载荷数据共同构成空中设计工况下的载荷数据；2. 2. 3、进行各空中设计工况下油箱变形分析建立油箱型架三维数字模型的有限元模型，根据各空中设计工况下的载荷数据进行结构变形分析，得到包含节点初始坐标和变形位移的结果文件；2. 2. 4、获取各空中设计工况下油箱容腔变形模型根据上述结果文件提取各空中设计工况下油箱型架容腔模型外包络本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．用于建立轰运类飞机燃油质量特性数据库的标准设计工况确定方法，标准设计工况包括地面标准设计工况和空中标准设计工况，其特征在于，确定的步骤如下：１．１、确定地面标准设计工况：１．１．１、划分地面设计工况：在飞机处于地面停机状态、不包含燃油的标准装载情况下，按照载油量由零油至满油平均划分为ｎ个工况，ｎ＝６～１０，第一地面设计工况为零油状态，最后一个地面设计工况为满油状态；１．１．２、获取各地面设计工况的油箱容腔变形模型：１．１．２．１、获取油箱型架容腔模型的外包络面：根据油箱型架三维数字模型，提取油箱型架容腔模型，同时，在油箱型架容腔模型的基础上，提取油箱型架容腔模型的外包络面；１．１．２．２、确定各地面设计工况下的载荷数据：按照地面压力加油状态进行燃油重量分布计算，确定燃油载荷数据，根据油箱型架三维数字模型获取油箱结构载荷数据，燃油载荷数据和油箱结构载荷数据共同构成地面设计工况下的载荷数据；１．１．２．３、进行各地面设计工况下油箱变形分析：建立油箱型架三维数字模型的有限元模型，根据各地面设计工况下的载荷数据进行结构变形分析，得到包含节点初始坐标和变形位移的结果文件；１．１．２．４、获取各地面设计工况下油箱容腔变形模型：根据上述结果文件提取各地面设计工况下油箱型架容腔模型外包络面上节点的初始坐标和变形位移；以此为基础，构造各地面设计工况下油箱容腔模型外包络点云数据，对点云数据进行拟合得到变形后的油箱容腔模型包络面，并在此基础上构造出各地面设计工况下油箱容腔变形模型；１．１．３、计算各地面设计工况下油箱容腔变形模型的容积误差代数和：针对第一地面设计工况下的油箱容腔变形模型，以ｍ＋１个水平面将油箱容腔变形模型的容积由零油到满油平均分成ｍ份，ｍ＝１０～２０，得到ｍ＋１个油平面；用得到的ｍ＋１个油平面分别切分第二至最后一个地面设计工况下的油箱容腔变形模型，分别得到各油平面以下第一地面设计工况油箱容腔变形模型的容积与第二至最后一个地面设计工况下的油箱容腔变形模型的容积之差的绝对值，上述绝对值组成一个ｎ－１行、ｍ＋１列的绝对值矩阵Ｍｉ，ｊ，ｉ＝１，２，．．．．．．ｎ－１，ｊ＝１，２，．．．．．．，ｍ＋１，其中Ｍ１，１表示第一个油平面下第一地面设计工况油箱容腔变形模型的容积与第二地面设计工况油箱容腔变形模型的容积差值的绝对值，Ｍｎ－１，１表示第一个油平面下第一地面设计工况油箱容腔变形模型的容积与最后一个地面设计工况油箱容腔变形模型的容积差值的绝对值，Ｍ１，２表示第二个油平面下第一地面设计工况油箱容腔变形模型的容积与第二地面设计工况油箱容腔变形模型的容积差值的绝对值，Ｍ１，ｍ＋１表示第ｍ＋１个油平面下第一地面设计工况油箱容腔变形模型的容积与第二地面设计工况油箱容腔变形模型的容积差值的绝对值；计算绝对值矩阵Ｍｉ，ｊ的各元素之和作为第一地面设计工况下油箱容腔变形模型的容积误差代数和，记为Ｑ１；按照上述方法，分别得到第二地面设计工况至最后一个地面设计工况油箱容腔变形模型的绝对值矩阵，然后计算得到第二地面设计工况油箱容腔变形模型的容积误差代数和Ｑ２至第ｎ地面设计工况油箱容腔变形模型的容积误差代数和Ｑｎ；１．１．４、选择地面标准设计工况：找出Ｑ１～Ｑｎ的最小值，以该最小值对应的地面设计工况作为地面标准设计工况；１．２、确定空中标准设计工况：１．２．１、划分空中设计工况：在飞机处于空中巡航状态、按照飞机总重量由空机重量至最大起飞重量平均划分为ｐ个工况，ｐ＝８～１２，第一空中设计工况为空机状态，最后一个空中设计工况为最大起飞重量状态；１．２．２、获取各空中设计工况的油箱容腔变形模型：１．２．２．１、获取油箱型架容腔模型的外包络面：根据油箱型架三维数字模型，提取油箱型架容腔模型，同时，在油箱型架容腔模型的基础上，提取油箱型架容腔模型的外包络面；１．２．２．２、确定各空中设计工况下的载荷数据：按照空中正常耗油状态进行燃油重量分布计算，确定燃油载荷数据，根据油箱型架三维数字模型吹风载荷数据获取油箱结构载荷数据，燃油载荷数据和油箱结构载荷数据共同构成空中设计工况下的载荷数据；１．２．２．３、进行各空中设计工况下油箱变形分析：建立油箱型架三维数字模型的有限元模型，根据各空中设计工况下的载荷数据进行结构变形分析，得到包含节点初始坐标和变形位移的结果文件；１．２．２．４、获取各空中设计工况下油箱容腔变形模型：根据上述结果文件提取各空中设计工况下油箱型架容腔模型外包络面上节点的初始坐标和变形位移；以此为基础，构造各空中设计工况下油箱容腔模型外包络点云数据，对点云数据进行拟合得到变形后的油箱容腔模型包络面，并在此基础上构造出各空中设计工况下油箱容腔变形模型；１．２．３、计算各空中设计工况下油箱容腔变形模型的容积误差代数和：针对第一空中设计工况下的油箱容腔变形模型，以ｍ＋１个水...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨朋涛，张兵，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：87