基于三维参数化模型构建的飞机重量重心快速估算方法

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1、航空学报ActaAerOnautjcaetAstrOnauticaSinicaMar．252013V01．34No3566．573ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：Hhkxb．buaaedu．cnhkxb@buaaeduCR基于三维参数化模型构建的飞机重量重心快速估算方法罗明强，魏城龙，刘虎*，武哲北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191摘要：针对飞机总体设计阶段重量重心(c．g．)估算的专业要求、设计方案反复调整的特点，提出了基于三维参数化建模的重量重心快速估算方法，从而实现后续的快速参数化

2、调整。基于该方法的分析流程，通过分析飞机外形建模和结构、系统重量建模的工作对象和专业逻辑，对各个重量组成及其建模过程进行了参数化描述和流程定义，用于指导完成整个设计分析系统的开发实现。最后，通过算例演示了基于三维参数化建模进行重量重心快速估算的步骤。关键词：飞机工程；总体设计；参数化建模；重量重心估算；称重；快速调整中图分类号：V221一．5文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)03056608总体设计是飞机设计的起始阶段，在该阶段前期要根据设计要求进行研究，设计一个或多个飞机方案，并形成三视图。之后要对所提方案

3、进行分析评估，其中对方案飞机的重量重心(C．g．)估算是一项关键的内容口]。总体设计阶段经常涉及到方案的变动，因此希望找到一种快速高效同时精度满足使用要求的重量重心估算方法。传统飞机总体设计中使用的重量重心估算方法是基于工程经验或者统计数据的，计算精度不高，且方案进行调整时难以快速跟踪设计的变化。在设计过程中运用参数化建模技术实现快速设计和分析成为当前工程领域的研究重点心。3]，本文基于北京航空航天大学自主研发的开放式飞机总体设计系统OpenCADS(OpenConceptualAircraftDesignSystem)¨]，针

4、对飞机总体设计中的重量重心估算，提出一套参数化的解决方法。通过参数化建模(即模型法)实现飞机重量重心的快速估算，其效率高、精度好，并能在设计过程中根据方案改动进行快速调整。1飞机重量重心估算方法综述飞机总体设计阶段传统的重量重心估算主要是基于大量经验数据或者已有型号数据，将飞机相关重量重心数据与主要参数进行关联分析得到工程估算公式，主要包含下面几种：1)基于方案三视图的重量重心粗略估算法口]。该方法比较粗略，只在总体设计前期辅助设计师进行布局设计，它将空机重量组成分为机体结构重量、动力装置重量和固定设备重量等主要部分。机体结构(

5、除起落架)按机翼、机身等部件划分，各部件重量通过统计得出的“面积密度”乘以部件“浸湿面积”获得；动力装置重量通过修正发动机重量获得；固定设备和起落架重量通过最大起飞重量乘以对应的百分比获得。在该方法收稿日期：2012-08—27；退修日期：2012—09—14；录用日期：2012—10-18；网络出版时间：2012—11—2711：11网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V．201211271111009．htmI基金项目：部级项目*通讯作者Tel：010-82339801E-mail：liu

6、hu@buaaedu．ca引用格武lLuoMQ．WeiCL，LluH，etal．Rapidestimationmethodforaircraftweightandcenterofgravitybasedon3-Dparametricmodel—ingActaAeronauticaetAstronauticaSinicat2013，34(3)：566—573．罗晚强．魏城龙t翅虎．等基f三维参数化模型构建的飞枧重量重心快速估算方法航空学报，2013．34(3)：566-573罗明强等：基于三维参数化模型构建的飞机重量重心快速估算方

7、法中，每一部件都有一个统计得出的重心区间，在求得每一部件重量之后通过人为设定每～部件的重心位置便可计算求得整机重心。2)基于部件分类的重量重心估算法。其思路是将飞机重量组成进行分解，对分解得到的零部件或分系统重量运用工程公式进行计算。同样地，飞机重心通过设定各部件的重心区问得到。该方法在实际中较为常见，按重量组成分解的详细程度和零部件重量计算方法不同，该方法存在多种形式∞。8]。3)实际型号设计中，往往参考原准机进行。在参考原准机进行新设计时，对原准机型的数据进行机型修正或者回归分析，可以用来指导新设计机型重量重心的计算∽j。改

8、型设计时，依据设计改动量和改动程度，在原机型数据基础上进行调整可获得新机型所要的数据。4)基于经验数据进行重量重心估算。其具有速度快的优点，但在目前新型材料和结构形式的应用比重越来越大的情形下，估算结果尤其是重心往往不够准确。更准确的方法是通过对飞机部件和系统进