一种飞机质量分布计算方法
【专利摘要】本发明提供了基于三维数字化技术的飞机质量分布计算方法，属于飞机重量工程领域。其特征在于，第一，计算需求分析，第二，原始数据采集，第三，分类计算，第四，数据汇总，得到完整全机质量分布数据。其有益效果是：实现了飞机质量分布计算分析的数字化工程应用；相对传统方法大幅提升了计算精度和计算效率；计算结果不依赖于工程师的工程应用经验，减少了人为因素对计算数据影响。
【专利说明】一种飞机质量分布计算方法
【技术领域】
[0001]本发明提供了基于三维数字化技术的飞机质量分布计算方法，属于飞机重量工程领域。
【背景技术】
[0002]把连续的飞机质量，按照相关的技术要求，以所在的几何位置为依据，分割成若干个小区间，然后求出每个小区间的质量特性(包括重量、重心、转动惯量)，由这些离散小区间的质量特性所构成的飞机质量分布状态，称为飞机的质量分布。
[0003]质量分布数据是飞机设计中多个领域的重要原始设计依据，不同类型飞机的研制过程中，都需要对质量分布特性开展详细的计算分析工作。
[0004]长期以来，我国的飞行器设计，关于质量分布分析一直采用水平较低的手工或半手工的方法来实现。延续使用的传统方法区间划分粗糙、无法实现双向网格切分等弊端，已严重不适用于目前数字化环境下全新的飞机正向设计流程的质量分布分析工作；同时，我所承担了多型飞机的研制任务，原有手段已无法应对多型号、多任务并行开展的复杂局面；另外，三维数字化设计具有快速、准确、实时交互等特点，面对信息量大、复杂度高的三维模型，传统的质量分布计算方法在工程周期上也无法满足研制进度。
[0005]三维数字化技术的发展为飞机重量工程研制带来了革命性的进步与发展，目前已出现了基于数字化的飞机质量分布分析工具。任何工程的良好开展都必须拥有合理、正确的工作方法。因此，建立基于三维数字化技术的飞机质量分布计算方法，将先进的数字化工具真正的应用于质量分布分析，是飞机重量工程研制的一个重要发展方向。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是:提供基于三维数字化技术的飞机质量分布计算方法，可快速、准确的实现全机质量分布计算工作，并对飞机全寿命周期内全部质量分布计算数据实现实时提取与管理。一举解决了以往质量分布分析工作精度差、效率低、周期长、实时性差等问题。
[0007]本发明的技术方案是:一种飞机质量分布计算方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0008]第一，计算需求分析:明确质量分布计算所对应的飞机状态、质量分布切分网格的划分和集中质量/均布质量判别标准；
[0009]第二，原始数据采集:针对实体模型零件，获取其模型信息与装配关系；针对非实体模型或模型信息不完整的零件，获取其质量信息；
[0010]第三，分类计算:根据型号飞机研制的具体需求建立平面切分网格，分别进行均布质量与集中质量的计算；
[0011]第四，数据汇总:汇总均布质量、集中质量、固定载荷、可用燃油和外挂武器等的质量数据，得到完整全机质量分布数据。
[0012]本发明的优点是:
[0013]I)实现了飞机质量分布计算分析的数字化工程应用；
[0014]2)相对传统方法，大幅提升了计算精度和计算效率；
[0015]3)计算结果不依赖于工程师的工程应用经验，减少了人为因素对计算数据影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]附图1是基于三维数字化技术的飞机质量分布计算方法工作步骤
[0017]附图2是某型飞机强度计算状态质量组成
[0018]附图3是某型飞机质量分布切分网格示意图
【具体实施方式】
[0019]下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。基于三维数字化技术的飞机质量分布计算方法工作步骤见附图1。I)计算需求分析
[0020]a)飞机状态:强度计算状态，质量组成见附图2 ；
[0021]b)切分网格:按照有限元模型的节点建立；
[0022]c)集中质量处理方式:单独提供质量特性；
[0023]d)均布质量处理方式:按照网格进行切分计算与质量分配；
[0024]e)坐标系:采用飞机重心计算的空间直角坐标系。
[0025]2)原始数据采集:
[0026]全机零件可分为实体模型与非实体模型，通过不同方式进行原始数据采集:
[0027]a)实体模型:从LCA端服务器发送至CATIA系统，将实体模型与装配关系一并保存；
[0028]b)非实体模型:利用CATIA/LCA环境的质量特性属性报表功能，提取非实体模型的质量信息，作为原始数据。
[0029]3)分类计算:
[0030]a)建立切分网格:使用基于三维切分的飞机质量分析系统，导入需求专业提供的有限元模型节点坐标数据，建立质量分布切分网格，并检查网格正确性。切分网格示意图见附图3;
[0031]b)均布质量计算:利用已建立好的切分网格，使用分析系统，直接对均布质量进行切分计算，并将质量分配至网格节点；
[0032]c)集中质量计算:按照约定的集中质量处理方式，直接提供集中质量的质量数据，不参与切分计算。
[0033]4)计算数据汇总
[0034]全部计算完成后进行数据汇总:
[0035]a)按部件网格合并相应均布质量计算结果，得到各部件的均布质量数据；
[0036]b)结合集中质量、固定载荷、可用燃油、外挂武器等质量特性，得到完整的强度计算状态全机质量分布数据。
[0037]5)对比分析
[0038]与CATIA/LCA环境的质量特性属性报表得到的飞机质量数据对比，分析质量分布计算数据的准确性，找出可能存在的误差并分析误差原因。
[0039]6)计算数据输出
[0040]将准确、完整的质量分布计算数据提供给需求专业，作为其设计依据。
[0041]综上，采用基于三维数字化技术的飞机质量分布计算方法，对某型飞机强度计算状态全机质量分布的计算全部完成。经分析，某型飞机进行质量分布计算的误差率不超过
0.5%，工作周期较以往大幅提高。机身部件均布质量计算数据示例见表1，全机质量分布数据汇总示例见表2。
【权利要求】
1.一种飞机质量分布计算方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一，计算需求分析:明确质量分布计算所对应的飞机状态、质量分布切分网格的划分和集中质量/均布质量判别标准； 第二，原始数据采集:针对实体模型零件，获取其模型信息与装配关系；针对非实体模型或模型信息不完整的零件，获取其质量信息； 第三，分类计算:根据型号飞机研制的具体需求建立平面切分网格，分别进行均布质量与集中质量的计算； 第四，数据汇总:汇总均布质量、集中质量、固定载荷、可用燃油和外挂武器等的质量数据，得到完整全机质量分布数据。
2.根据权利要求1所述的飞机质量分布计算方法，其特征在于，所述步骤一中的飞机状态是指飞机强度计算状态，即以最大载荷系数和最小载荷系数作机动飞行所允许的飞机最大飞行重量。
3.根据权利要求1所述的飞机质量分布计算方法，其特征在于，所述步骤一中的切分网格是指质量分布计算需要将连续的飞机质量，按照相关的技术要求分配到若干个区间内，这些区间就是质量分布计算的切分网格。
4.根据权利要求1所述的飞机质量分布计算方法，其特征在于，所述步骤一中的集中质量是指一些质量较大、安装位置相对集中的机载设备，如雷达、航炮等。
5.根据权利要求1所述的飞机质量分布计算方法，其特征在于，所述步骤一中的均布质量是指除集中质量之外的其它全部构件，如机体结构、系统管路等。
6.根据权利要求1所述的飞机质量分布计算方法，其特征在于，所述步骤一中的实体模型指零件的三维模型能够真实体现零件的质量信息、位置信息、材料属性、加工方式等全部物理属性。
7.根据权利要求1所述的飞机质量分布计算方法，其特征在于，所述步骤一中的非实体模型是指与实体模型零件相比，无三维模型，或者模型不能够真实体现零件的全部物理属性的零件。
【文档编号】G06F17/50GK104166756SQ201410367213
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】李挺, 林鹏, 杨凯, 张研 申请人:中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所