郭銳， 羅明強(qiáng)， 唐乾剛， 張青斌， 劉洋輝

1.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 航天科學(xué)與工程學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410073

2.北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院， 北京 100083

大型客機(jī)燃油重量特性仿真技術(shù)研究

郭銳1， 羅明強(qiáng)2,*， 唐乾剛1， 張青斌1， 劉洋輝2

1.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 航天科學(xué)與工程學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410073

2.北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院， 北京 100083

基于虛擬飛行的大型客機(jī)特性評(píng)估，需要更加精準(zhǔn)的燃油重量特性，而現(xiàn)有的燃油重量特性分析方法在計(jì)算速度和精度上已經(jīng)無(wú)法滿足需求，也沒有系統(tǒng)的燃油重量特性仿真工具。針對(duì)這一問(wèn)題，改進(jìn)傳統(tǒng)燃油切片法，提出一種基于數(shù)據(jù)庫(kù)和耗油順序的分析方法，分為油箱燃油重量特性數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、燃油系統(tǒng)瞬時(shí)重量特性計(jì)算和燃油系統(tǒng)重量特性實(shí)時(shí)監(jiān)控3個(gè)模塊進(jìn)行研究，并基于CATIA二次開發(fā)平臺(tái)，VC++開發(fā)環(huán)境和Unity3D游戲引擎，開發(fā)了一套較系統(tǒng)的飛機(jī)燃油重量特性分析軟件。選用雙通道的A330-300客機(jī)作為算例，根據(jù)官方公布的數(shù)據(jù)，利用CATIA建立油箱組模型，作為仿真的原始輸入，經(jīng)過(guò)前處理、仿真和后處理3個(gè)步驟，對(duì)算法及軟件的快速性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證，也說(shuō)明了發(fā)展燃油主動(dòng)重心控制技術(shù)的必要性。

飛機(jī)； 燃油重量特性； 切片法； 數(shù)據(jù)庫(kù)； 耗油順序

隨著航空運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，飛機(jī)的航程和載重量不斷攀升，飛機(jī)的載油量也與日劇增。通過(guò)對(duì)波音和空客等大型客機(jī)的油重/總重進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代大型客機(jī)的載油量已占飛機(jī)總重的30%～47%，飛機(jī)的燃油重量特性(包括：油量、燃油重心、燃油的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和慣性積等)，已成為影響飛行品質(zhì)和飛行安全的重要因素，也成為飛機(jī)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

自1996年何敏首次提出燃油切片法以來(lái)，一種基于有限元的燃油重量特性的數(shù)字仿真技術(shù)得到快速發(fā)展，通過(guò)對(duì)油箱燃油進(jìn)行切片處理，可以得到滿足工程需求的燃油重量特性數(shù)據(jù)，但受到有限元算法復(fù)雜度高、精度差、直觀性差等的限制，未能在工程領(lǐng)域推廣使用[1-8]。2003年，羅志宇在其學(xué)位論文中，將數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)引入到飛機(jī)重量特性計(jì)算中，但未對(duì)燃油重量特性的仿真進(jìn)行深入研究[9]。2009年，薛治平利用AutoCAD確定復(fù)雜構(gòu)件的重量與重心，為燃油模型的重量特性參數(shù)測(cè)量提供了一種新的思路[10]。同年，張永濤等基于CATIA V5 Automation平臺(tái)開發(fā)燃油質(zhì)量特性分析軟件，直接對(duì)三維模型進(jìn)行燃油切片分析，取得了很好的效果，但僅根據(jù)俯仰角和滾轉(zhuǎn)角刻畫油平面(在飛機(jī)飛行過(guò)程中，忽略燃油晃動(dòng)和液體的黏性，將燃油的液面簡(jiǎn)化為平面，稱之為油平面)，精度略顯不足[11]。2013年，劉志杰提出了描述飛機(jī)油箱內(nèi)燃油消耗過(guò)程中轉(zhuǎn)移規(guī)律的竄油模型，將各個(gè)子油箱作為獨(dú)立的個(gè)體處理，更真實(shí)地模擬了飛機(jī)耗油過(guò)程中燃油在各腔體之間的流動(dòng)情況，但基于迭代法的求解算法無(wú)法保證計(jì)算的快速性[12-13]。

基于以上分析，已有的飛機(jī)燃油重量特性分析算法和工具存在以下兩方面問(wèn)題：① 快速性與精確性存在難以調(diào)和的矛盾，很難同時(shí)保證快速性與精確性；② 缺乏系統(tǒng)性，沒有綜合考慮飛機(jī)燃油系統(tǒng)的油箱布置和耗油順序等問(wèn)題，較難應(yīng)用于實(shí)際工程情況。

本文在總結(jié)已有算法的基礎(chǔ)上，以燃油系統(tǒng)(由各油箱和輸油管等組成)的重量-重心關(guān)系為例，對(duì)飛機(jī)燃油重量特性的仿真技術(shù)進(jìn)行研究，提出了基于數(shù)據(jù)庫(kù)和耗油順序的分析方法，并開發(fā)了相應(yīng)的分析軟件，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)燃油重量特性的快速精確計(jì)算和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 算法研究

基于油箱燃油(根據(jù)油箱形狀得到燃油所占空間對(duì)應(yīng)的實(shí)體模型)重量特性數(shù)據(jù)庫(kù)和耗油順序，提出計(jì)算燃油重量特性的數(shù)學(xué)模型如式(1)所示，下文簡(jiǎn)稱計(jì)算模型。

(1)

式中:Ws(t)為t時(shí)刻各油箱剩余燃油量;Wz(t)為t時(shí)刻燃油系統(tǒng)總耗油量;H為燃油系統(tǒng)耗油順序;W0為各油箱初始燃油量;X(t)為t時(shí)刻燃油系統(tǒng)重心位置;C(t)為t時(shí)刻飛機(jī)的飛行參數(shù), 包括姿態(tài)角和過(guò)載等;P為各油箱空間位置。其中,Ws(t)和X(t)為實(shí)時(shí)計(jì)算結(jié)果;W0、H和P為已知條件;Wz(t)和C(t)為實(shí)時(shí)輸入?yún)?shù)。

1.1 各油箱剩余油量計(jì)算

燃油系統(tǒng)的耗油順序，通過(guò)耗油量-耗油輪次的關(guān)系圖進(jìn)行表征，如圖1(橫縱坐標(biāo)分別為耗油輪次和總耗油量)所示。已知總耗油量Wz(t)，根據(jù)總耗油量-耗油輪次關(guān)系，可求得耗油輪次N(t)；結(jié)合耗油順序表和各油箱初始燃油量W0，可求得各油箱剩余燃油量Ws(t)，其數(shù)學(xué)式表達(dá)為

(2)

圖1 耗油量與耗油輪次的關(guān)系Fig.1 Relation between fuel consumption and rounds

式中：N(t)為t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的耗油輪次；g(Wz(t)) 為總耗油量隨耗油輪次的變化關(guān)系；下標(biāo)i(或j)為第i(或j)個(gè)油箱；Wikh為第i個(gè)油箱在第k輪次的耗油量；WiN(t)h為第i個(gè)油箱在第N(t)輪次的耗油量；M為油箱個(gè)數(shù)。

1.2 燃油系統(tǒng)重心位置計(jì)算

考慮到輸油管在飛行過(guò)程中處于滿油狀態(tài)，重心保持不變，燃油系統(tǒng)的重心位置主要取決于各單個(gè)油箱的重心位置。

CATIA是一款功能強(qiáng)大的建模、分析軟件，利用其平面切割功能，可以實(shí)現(xiàn)切割平面對(duì)油箱燃油的切分處理，得到剩余燃油的分布形態(tài)，再利用其測(cè)量功能可以獲取剩余燃油的重量、重心和慣量等重量特性數(shù)據(jù)。利用CATIA二次開發(fā)平臺(tái)，對(duì)油箱燃油進(jìn)行自動(dòng)切片處理，即從油箱燃油底部開始，利用切割平面，按照一定步長(zhǎng)逐步對(duì)燃油模型進(jìn)行切片，每次切片保留剩余燃油部分，測(cè)量其重量-重心數(shù)據(jù)，從而得到一條重量-重心(W-Cx)曲線，如圖2所示，并存入提供查詢、插值功能的數(shù)據(jù)庫(kù)中。為了保證算法的通用性，本文采用定步長(zhǎng)方法，可結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置步長(zhǎng)，以保證計(jì)算精度[14-15]。在求解過(guò)程中，切割平面的確定和基于數(shù)據(jù)庫(kù)的快速查詢、插值是兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，下面分別對(duì)二者進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖2 重量-重心曲線Fig.2 Curve of weight vs center of gravity

圖3 燃油模型與油平面示意圖Fig.3 Fuel model and fuel plane sketch

1.2.1 確定切割平面

切割平面即油平面，圖3所示為燃油模型與油平面的示意圖，圖中，n所指為油平面的法矢方向。

為確定油平面，首先對(duì)燃油模型進(jìn)行受力分析，引入徹體力Fc，有

Fc=G+Fg

(3)

式中：G為重力；Fg為慣性力。

通過(guò)平面解析方程對(duì)油平面進(jìn)行表征，參考系設(shè)置為飛機(jī)的機(jī)體坐標(biāo)系(詳細(xì)定義見文獻(xiàn)[16]的1.3節(jié))，其方程式設(shè)為

Ax+By+Cz=D

(4)

式中：A、B和C不同時(shí)為零；D為常數(shù)項(xiàng)，則油平面的法矢可表示為n=(A,B,C) 。

根據(jù)過(guò)載的定義

(5)

式中：G為重力的大?。籖bi為所有與質(zhì)量無(wú)關(guān)的外力的合力，又有

Fg=-ma=-(G+Rbi)

(6)

由式(3)～式(6)有

Fc=G+Fg=-Rbi=-GN

(7)

根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，引入慣性力將燃油作“靜態(tài)”處理，而在靜止流體中，液面與徹體力垂直，則可知油平面和徹體力相垂直，則根據(jù)式(4)和式(7) 可得

(8)

式中：Nx、Ny和Nz分別為過(guò)載N在機(jī)體坐標(biāo)系3個(gè)坐標(biāo)軸上的投影，則油平面的解析方程式可表示為

Nxx+Nyy+Nzz=k

(9)

其中：k=-D/G，則有

n=(Nx,Ny,Nz)

(10)

若已知地面坐標(biāo)系下的3個(gè)過(guò)載分量，則可根據(jù)式(11)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

(11)

式中：下標(biāo)b和g分別表示機(jī)體坐標(biāo)系和地面坐標(biāo)系;Lbg為轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣，具體見文獻(xiàn)[16]中1.3節(jié)“常用坐標(biāo)軸系及其轉(zhuǎn)換”。

通過(guò)上述分析可知，油平面法矢由機(jī)體坐標(biāo)系下的3個(gè)過(guò)載分量確定，切割平面法矢也隨之確定，再加上一個(gè)空間點(diǎn)，就可以唯一確定一個(gè)切割平面。

1.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

將需要管理的數(shù)據(jù)分為兩類：工況參數(shù)(Nxb_g，Nyb_g，Nzb_g)和結(jié)果參數(shù)(W_Kg，Cx_m，Cy_m，Cz_m)兩類，一種工況組合對(duì)應(yīng)一條結(jié)果參數(shù)曲線。

1) 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)模型描述如下：

tableResultParas (Result_ID,Nxb_g,Nyb_g,Nzb_g,W_Kg，Cx_m,Cy_m,Cz_m)，其中，下劃線標(biāo)識(shí)主鍵。

2) 數(shù)據(jù)庫(kù)的功能模型如式(12)所示。

(12)

① 工況匹配。

設(shè)向量Xo=[NxboNyboNzbo]為目標(biāo)工況，向量X(t)=[Nxb(t)Nyb(t)Nzb(t)]為真實(shí)工況，進(jìn)行工況匹配的數(shù)學(xué)模型如式(13)所示。

Xo=min(d(Xi,X(t)))i=1,2,…,n

(13)

式中：d(Xi,X(t))為兩個(gè)向量之間距離的度量，如式(14)所示；i=1,2,…,n表示遍歷數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的工況組合，需要較大的數(shù)據(jù)量，以保證求解精度。

d(Xi,X(t))=[(Nxbi-Nxb(t))2+

(Nybi-Nyb(t))2+(Nzbi-Nzb(t))2]1/2

(14)

② 目標(biāo)曲線插值。

目標(biāo)工況組合對(duì)應(yīng)一條目標(biāo)曲線，求解目標(biāo)如式(15)所示。

Xi(t)=f(Wsi(t))

(15)

式中：插值函數(shù)f選用自由邊界的三次樣條函數(shù)，并利用三彎矩法求解，求解過(guò)程中利用追趕法求解三對(duì)角線性方程組。詳細(xì)解法見文獻(xiàn)[17]的5.3.4節(jié)和2.2.4節(jié)。

1.3 求解流程

① 根據(jù)式(2)，求解各油箱燃油的剩余重量Ws(t)。

② 遍歷數(shù)據(jù)庫(kù)所有工況，根據(jù)式(13)和式(14)，得到匹配最佳的工況Xo。

④ 根據(jù)式(12)，求解燃油系統(tǒng)重心位置X(t)。

上述求解流程中，利用了數(shù)據(jù)庫(kù)體積小、查詢速度快的特點(diǎn)，選用的工況匹配法則和插值方法，計(jì)算量較小且精度較高，能夠滿足快速、準(zhǔn)確的要求。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

作為一種系統(tǒng)的飛機(jī)燃油重量特性分析工具，綜合考慮飛機(jī)的油箱布置、耗油順序等問(wèn)題，系統(tǒng)輸入為某時(shí)刻飛機(jī)的累計(jì)總耗油量和飛行姿態(tài)，系統(tǒng)輸出為飛機(jī)的實(shí)時(shí)燃油重量特性數(shù)據(jù)，其執(zhí)行流程如圖4所示。實(shí)際工程應(yīng)用中，系統(tǒng)輸入將由飛行模擬器提供，本文開發(fā)了簡(jiǎn)單適用的飛行模擬程序，為實(shí)驗(yàn)提供系統(tǒng)輸入，以獨(dú)立進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

圖4 軟件流程圖Fig.4 Flow diagram of software

2.1 油箱燃油重量特性數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

1) 輸入?yún)?shù)：油箱結(jié)構(gòu)模型。

2) 操作流程：根據(jù)油箱結(jié)構(gòu)得到可用于切割的油箱燃油模型；設(shè)置切割參數(shù)，包括切割步長(zhǎng)、CATIA連續(xù)切割次數(shù)、切割工況等；監(jiān)控切割進(jìn)度和切割過(guò)程數(shù)據(jù)，油箱燃油模型自動(dòng)切割程序如圖5所示。

圖5 油箱燃油模型自動(dòng)切割程序Fig.5 Auto-cutting program of tank fuel model

3) 輸出參數(shù)：油箱燃油的重量特性數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)至Excel表格和數(shù)據(jù)庫(kù)。

張永濤等[11]利用CATIA 自帶的Visual Basic編輯器開發(fā)燃油質(zhì)量特性分析軟件，屬于進(jìn)程內(nèi)調(diào)用CATIA，而CATIA在運(yùn)行時(shí)存在內(nèi)存積壓的問(wèn)題，當(dāng)油箱燃油模型較大或進(jìn)行大規(guī)模連續(xù)切割時(shí)，會(huì)導(dǎo)致切割速度大大降低，影響切割效率[18]。本文針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，基于VC++ 開發(fā)環(huán)境，進(jìn)程外調(diào)用CATIA進(jìn)行自動(dòng)化切割，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)CATIA連續(xù)切割次數(shù)進(jìn)行限制，適時(shí)釋放CATIA內(nèi)存，保證較高的切割效率。

2.2 燃油系統(tǒng)瞬時(shí)重量特性計(jì)算

由1.2節(jié)可知，燃油的重量特性計(jì)算依賴于油箱信息(初始油量、重量特性數(shù)據(jù)庫(kù)、空間位置等)和耗油順序，首先對(duì)油箱基本信息和耗油順序進(jìn)行管理。

輸入?yún)?shù)為累計(jì)耗油量和飛機(jī)飛行姿態(tài)，可由Excel文件或飛行模擬程序提供，并通過(guò)數(shù)據(jù)圖表實(shí)時(shí)顯示計(jì)算結(jié)果(各油箱及整個(gè)燃油系統(tǒng)的燃油量和燃油系統(tǒng)重心位置)，前者可用于靜態(tài)研究耗油順序的優(yōu)劣，后者可用于實(shí)時(shí)仿真。

2.3 飛行模擬與監(jiān)控

基于Unity3D開發(fā)飛行模擬程序，分別構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)模型和飛機(jī)模型，為瞬時(shí)重量特性計(jì)算程序提供瞬時(shí)輸入，模擬與監(jiān)控程序如圖6所示。

1) 發(fā)動(dòng)機(jī)模型。

發(fā)動(dòng)機(jī)耗油量的數(shù)學(xué)模型如式(16)所示。

(16)

式中：Wz(ti)為ti時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)的總耗油量；Q(t)為發(fā)動(dòng)機(jī)t時(shí)刻的燃油流量(kg/s)，反映了發(fā)動(dòng)機(jī)耗油情況隨時(shí)間的變化關(guān)系，如圖7所示，Wz(i)即圖中陰影部分面積。

根據(jù)耗油率的定義，每小時(shí)每產(chǎn)生1單位推力所消耗的燃油質(zhì)量稱為單位燃油消耗率，簡(jiǎn)稱耗油率，以sfc表示，即

(17)

式中:Wf為燃油流量；F為推力。

由文獻(xiàn)[19]中的5.4節(jié)“燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)氣動(dòng)熱力計(jì)算”可知，對(duì)給定發(fā)動(dòng)機(jī)，給定飛行馬赫數(shù)和飛行高度，可較精確地估算出發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率和單位推力，即有sfc=sfc(H,Ma) ，式中：H為高度，Ma為馬赫數(shù)，對(duì)式(17)進(jìn)行簡(jiǎn)化，取推力值為平均推力，得到燃油流量模型如式(18)所示。

圖6 飛行模擬與監(jiān)控程序Fig.6 Program of flight simulation and monitor

圖7 耗油量隨時(shí)間的變化關(guān)系示意圖Fig.7 Relation between fuel consumption and time

(18)

2) 飛機(jī)模型。

基于一款成熟的Unity飛行模擬插件開發(fā)飛行模擬程序，利用Unity自帶的Transform類的EulerAngles(歐拉角向量)可直接獲取3個(gè)飛行姿態(tài)角，利用速度差分得到加速度，再根據(jù)過(guò)載與加速度的關(guān)系，可得到地面坐標(biāo)系下(Unity3D場(chǎng)景中采用左手坐標(biāo)系，計(jì)算時(shí)需進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換[20])的過(guò)載分量，如式(19)所示。

(19)

式中:v0和v1分別為前后兩幀中飛機(jī)的速度；Δt為兩幀的時(shí)間間隔；n、a和g分別為過(guò)載、加速度和重力加速度矢量。

3 算例驗(yàn)證

以大型客機(jī)A330-300為例，根據(jù)官方公布的數(shù)據(jù)，利用CATIA建立油箱組模型，如圖8所示，作為仿真實(shí)驗(yàn)的原始輸入。

圖8 油箱組模型Fig.8 Tank group model

3.1 前處理

1) 手動(dòng)方式將油箱組模型中可用于切割處理的油箱燃油模型導(dǎo)入油箱燃油模型自動(dòng)切割程序中，切割步長(zhǎng)選擇定步數(shù)方式，步數(shù)設(shè)置為50；CATIA連續(xù)切割次數(shù)為25；切割工況設(shè)置如表1所示。

2) 對(duì)油箱的基本信息進(jìn)行管理，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2所示。

3) 以耗油輪次為單位進(jìn)行耗油順序設(shè)置，如表3所示，表頭依次為耗油輪次、油箱編號(hào)、耗油量和累計(jì)耗油量。

表1 切割工況設(shè)置Table 1 Setting of cutting conditions

表2 油箱基本信息Table 2 Basic information of tank

表3 耗油順序表Table 3 Fuel consumption order

3.2 仿 真

1) 在飛行模擬程序與監(jiān)控程序之間建立數(shù)據(jù)通信。

2) 在監(jiān)控程序中，導(dǎo)入油箱基本信息和耗油順序。

3) 在飛行模擬程序中，設(shè)置仿真時(shí)間步長(zhǎng)為2 s，發(fā)動(dòng)機(jī)平均推力為310 kN。

4) 開始實(shí)時(shí)仿真，在飛行模擬程序中對(duì)飛機(jī)進(jìn)行操縱，包括油門和姿態(tài)兩大控制通道，燃油重量特性計(jì)算程序自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算并實(shí)時(shí)顯示計(jì)算結(jié)果。

3.3 后處理

在2 s的時(shí)間步長(zhǎng)下，能夠流暢地進(jìn)行仿真和實(shí)時(shí)監(jiān)控，驗(yàn)證了算法的快速性滿足要求。對(duì)仿真結(jié)果，進(jìn)行后處理分析，燃油系統(tǒng)燃油重量-重心變化曲線如圖9所示，其中，縱坐標(biāo)為燃油重量，橫坐標(biāo)為燃油系統(tǒng)相對(duì)重心位置變化，即

(20)

式中：x(t)和x0分別為機(jī)體坐標(biāo)系下t時(shí)刻和0時(shí)刻的x重心位置坐標(biāo)；lb為機(jī)身長(zhǎng)度。

結(jié)合油箱位置分布和耗油順序?qū)Ψ抡娼Y(jié)果進(jìn)行分析，由于耗油順序設(shè)置不夠精細(xì)、合理，導(dǎo)致后期重心波動(dòng)范圍偏大，與預(yù)期基本相符，驗(yàn)證了算法的準(zhǔn)確性。后處理階段，可以根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)耗油順序和油箱的空間位置進(jìn)行優(yōu)化，本文旨在搭建比較完整的燃油重量特性分析系統(tǒng)，優(yōu)化不是本文研究重點(diǎn)，故未作進(jìn)一步的優(yōu)化。從客機(jī)經(jīng)濟(jì)性角度考慮，在巡航階段，要求阻力最小，而重心波動(dòng)范圍較大，會(huì)增加配平阻力。而從仿真結(jié)果可以看出，單純依靠既定耗油順序，難以保證燃油重心在很小范圍內(nèi)波動(dòng)，有必要發(fā)展一種燃油主動(dòng)重心控制技術(shù)，通過(guò)隨時(shí)調(diào)整耗油順序來(lái)保證燃油重心在有限范圍內(nèi)波動(dòng)。

圖9 燃油系統(tǒng)燃油重量-重心變化曲線 Fig.9 Fuel system’s fuel weight vs center of gravity variable relationship curve

4 結(jié) 論

1) 提出基于數(shù)據(jù)和耗油順序的飛機(jī)燃油重量特性分析方法，使總體設(shè)計(jì)能在更大范圍內(nèi)進(jìn)行迭代優(yōu)化。

2) 開發(fā)了較為系統(tǒng)的燃油重量特性分析軟件，以A330-300客機(jī)為算例，驗(yàn)證了算法及軟件的快速及準(zhǔn)確性。

3) 給出了燃油重量特性仿真技術(shù)的一個(gè)研究方向，即燃油主動(dòng)重心控制技術(shù)。

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郭銳男， 碩士研究生。主要研究方向： 飛行器重量特性分析。

Tel.: 010-84576436

E-mail: 1342105458@qq.com

羅明強(qiáng)男， 博士， 講師。主要研究方向： 飛行器總體設(shè)計(jì)、 飛行器數(shù)字化設(shè)計(jì)、 軟件工程等。

Tel.: 010-82339801

E-mail: luomingqiang_buaa@163.com

*Correspondingauthor.Tel.：010-82339801E-mail:luomingqiang_buaa@163.com

Simulationtechniquesforanalyzingfuelweightpropertiesoflargecivilaircrafts

GUORui1,LUOMingqiang2,*,TANGQian’gang1,ZHANGQingbin1,LIUYanghui2

1.CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China2.SchoolofAeronauticScienceandEngineering,BeihangUniversity,Beijing100083,China

Moreaccurateinformationoffuelweightpropertiesisneededinvirtualflightbasedevaluationoflargecivilaircraftproperties;however,theexistingmethodforanalyzingfuelweightpropertieshasbeenunabletomeetthedemandsincomputingspeedandaccuracy,andthereisnotasystemicandprovensimulationtooltoanalyzefuelweightproperties.Tosolvetheseproblems,weimprovethetraditionalslicemethod,andproposeananalyticalmethodbasedondatabaseandfuelconsumptionorder.Themethodisdividedintothreemodulesconstructionofthedatabaseofthetankfuelweightproperties,calculationoftheinstantweightproperties,andreal-timemonitoringoftheweightproperties.BasedonCATIAsecondarydevelopment,VC++developmentenvironmentandtheUnity3Dgameengine，asystemicsoftwareforanalyzingaircraftfuelweightpropertiesisdeveloped.Thetwo-channelA330-300aircraftisselectedasanexample.Accordingtothepublishedofficialdata,CATIAisusedtoestablishthetankgroupmodelastheinputofthesimulation.Basedonpre-processingdatapreparation,simulationandpost-processinganalysis,therapidityandaccuracyofthemethodandsoftwareareverified.Thenecessityofdevelopingthetechniqueforactivelycontrollingthefuelcenterofgravityisalsodiscussed.

aircraft;fuelweightproperties;slicemethod;database;fuelconsumptionorder

2015-12-01；Revised2016-01-15；Accepted2016-02-17；Publishedonline2016-02-241426

URL：www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20160224.1426.004.html

NationalHigh-techResearchandDevelopmentProgramofChina(2014AA110501)

2015-12-01；退修日期2016-01-15；錄用日期2016-02-17； < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間

時(shí)間：2016-02-241426

www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20160224.1426.004.html

國(guó)家“863”計(jì)劃 (2014AA110501)

*

.Tel.：010-82339801E-mailluomingqiang_buaa@163.com

郭銳， 羅明強(qiáng)， 唐乾剛， 等． 大型客機(jī)燃油重量特性仿真技術(shù)研究J． 航空學(xué)報(bào),2016,37(11):3361-3369.GUOR,LUOMQ,TANGQG,etal.SimulationtechniquesforanalyzingfuelweightpropertiesoflargecivilaircraftsJ.ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2016,37(11):3361-3369.

http://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn

10.7527/S1000-6893.2016.0045

V221

A

1000-6893(2016)11-3361-09