大型客機燃油重量特性仿真技術研究

郭銳， 羅明強， 唐乾剛， 張青斌， 劉洋輝

1.國防科學技術大學 航天科學與工程學院， 長沙 410073

2.北京航空航天大學 航空科學與工程學院， 北京 100083

大型客機燃油重量特性仿真技術研究

郭銳1， 羅明強2,*， 唐乾剛1， 張青斌1， 劉洋輝2

1.國防科學技術大學 航天科學與工程學院， 長沙 410073

2.北京航空航天大學 航空科學與工程學院， 北京 100083

基于虛擬飛行的大型客機特性評估，需要更加精準的燃油重量特性，而現(xiàn)有的燃油重量特性分析方法在計算速度和精度上已經(jīng)無法滿足需求，也沒有系統(tǒng)的燃油重量特性仿真工具。針對這一問題，改進傳統(tǒng)燃油切片法，提出一種基于數(shù)據(jù)庫和耗油順序的分析方法，分為油箱燃油重量特性數(shù)據(jù)庫構建、燃油系統(tǒng)瞬時重量特性計算和燃油系統(tǒng)重量特性實時監(jiān)控3個模塊進行研究，并基于CATIA二次開發(fā)平臺，VC++開發(fā)環(huán)境和Unity3D游戲引擎，開發(fā)了一套較系統(tǒng)的飛機燃油重量特性分析軟件。選用雙通道的A330-300客機作為算例，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)過前處理、仿真和后處理3個步驟，對算法及軟件的快速性和準確性進行了驗證，也說明了發(fā)展燃油主動重心控制技術的必要性。

飛機； 燃油重量特性； 切片法； 數(shù)據(jù)庫； 耗油順序

隨著航空運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，飛機的航程和載重量不斷攀升，飛機的載油量也與日劇增。通過對波音和空客等大型客機的油重/總重進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代大型客機的載油量已占飛機總重的30%～47%，飛機的燃油重量特性(包括：油量、燃油重心、燃油的轉動慣量和慣性積等)，已成為影響飛行品質和飛行安全的重要因素，也成為飛機設計的重要內(nèi)容。

自1996年何敏首次提出燃油切片法以來，一種基于有限元的燃油重量特性的數(shù)字仿真技術得到快速發(fā)展，通過對油箱燃油進行切片處理，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雜度高、精度差、直觀性差等的限制，未能在工程領域推廣使用[1-8]。2003年，羅志宇在其學位論文中，將數(shù)據(jù)庫管理技術引入到飛機重量特性計算中，但未對燃油重量特性的仿真進行深入研究[9]。2009年，薛治平利用AutoCAD確定復雜構件的重量與重心，為燃油模型的重量特性參數(shù)測量提供了一種新的思路[10]。同年，張永濤等基于CATIA V5 Automation平臺開發(fā)燃油質量特性分析軟件，直接對三維模型進行燃油切片分析，取得了很好的效果，但僅根據(jù)俯仰角和滾轉角刻畫油平面(在飛機飛行過程中，忽略燃油晃動和液體的黏性，將燃油的液面簡化為平面，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油箱內(nèi)燃油消耗過程中轉移規(guī)律的竄油模型，將各個子油箱作為獨立的個體處理，更真實地模擬了飛機耗油過程中燃油在各腔體之間的流動情況，但基于迭代法的求解算法無法保證計算的快速性[12-13]。

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

本文在總結已有算法的基礎上，以燃油系統(tǒng)(由各油箱和輸油管等組成)的重量-重心關系為例，對飛機燃油重量特性的仿真技術進行研究，提出了基于數(shù)據(jù)庫和耗油順序的分析方法，并開發(fā)了相應的分析軟件，實現(xiàn)了飛機燃油重量特性的快速精確計算和實時監(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應的實體模型)重量特性數(shù)據(jù)庫和耗油順序，提出計算燃油重量特性的數(shù)學模型如式(1)所示，下文簡稱計算模型。

(1)

式中:Ws(t)為t時刻各油箱剩余燃油量;Wz(t)為t時刻燃油系統(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時刻燃油系統(tǒng)重心位置;C(t)為t時刻飛機的飛行參數(shù), 包括姿態(tài)角和過載等;P為各油箱空間位置。其中,Ws(t)和X(t)為實時計算結果;W0、H和P為已知條件;Wz(t)和C(t)為實時輸入?yún)?shù)。

1.1 各油箱剩余油量計算

燃油系統(tǒng)的耗油順序，通過耗油量-耗油輪次的關系圖進行表征，如圖1(橫縱坐標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-耗油輪次關系，可求得耗油輪次N(t)；結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)學式表達為

(2)

圖1 耗油量與耗油輪次的關系Fig.1 Relation between fuel consumption and rounds

式中：N(t)為t時刻對應的耗油輪次；g(Wz(t)) 為總耗油量隨耗油輪次的變化關系；下標i(或j)為第i(或j)個油箱；Wikh為第i個油箱在第k輪次的耗油量；WiN(t)h為第i個油箱在第N(t)輪次的耗油量；M為油箱個數(shù)。

1.2 燃油系統(tǒng)重心位置計算

考慮到輸油管在飛行過程中處于滿油狀態(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油箱的重心位置。

CATIA是一款功能強大的建模、分析軟件，利用其平面切割功能，可以實現(xiàn)切割平面對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，對油箱燃油進行自動切片處理，即從油箱燃油底部開始，利用切割平面，按照一定步長逐步對燃油模型進行切片，每次切片保留剩余燃油部分，測量其重量-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)庫中。為了保證算法的通用性，本文采用定步長方法，可結合實際情況設置步長，以保證計算精度[14-15]。在求解過程中，切割平面的確定和基于數(shù)據(jù)庫的快速查詢、插值是兩個關鍵問題，下面分別對二者進行詳細介紹。

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，首先對燃油模型進行受力分析，引入徹體力Fc，有

Fc=G+Fg

(3)

式中：G為重力；Fg為慣性力。

通過平面解析方程對油平面進行表征，參考系設置為飛機的機體坐標系(詳細定義見文獻[16]的1.3節(jié))，其方程式設為

Ax+By+Cz=D

(4)

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

根據(jù)過載的定義

(5)

式中：G為重力的大?。籖bi為所有與質量無關的外力的合力，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分別為過載N在機體坐標系3個坐標軸上的投影，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)

若已知地面坐標系下的3個過載分量，則可根據(jù)式(11)進行轉換。

(11)

式中：下標b和g分別表示機體坐標系和地面坐標系;Lbg為轉換關系矩陣，具體見文獻[16]中1.3節(jié)“常用坐標軸系及其轉換”。

通過上述分析可知，油平面法矢由機體坐標系下的3個過載分量確定，切割平面法矢也隨之確定，再加上一個空間點，就可以唯一確定一個切割平面。

1.2.2 數(shù)據(jù)庫結構和功能設計

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)和結果參數(shù)(W_Kg，Cx_m，Cy_m，Cz_m)兩類，一種工況組合對應一條結果參數(shù)曲線。

1) 數(shù)據(jù)庫結構模型描述如下：

tableResultParas (Result_ID,Nxb_g,Nyb_g,Nzb_g,W_Kg，Cx_m,Cy_m,Cz_m)，其中，下劃線標識主鍵。

2) 數(shù)據(jù)庫的功能模型如式(12)所示。

(12)

① 工況匹配。

設向量Xo=[NxboNyboNzbo]為目標工況，向量X(t)=[Nxb(t)Nyb(t)Nzb(t)]為真實工況，進行工況匹配的數(shù)學模型如式(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 目標曲線插值。

目標工況組合對應一條目標曲線，求解目標如式(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，求解過程中利用追趕法求解三對角線性方程組。詳細解法見文獻[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)庫體積小、查詢速度快的特點，選用的工況匹配法則和插值方法，計算量較小且精度較高，能夠滿足快速、準確的要求。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

作為一種系統(tǒng)的飛機燃油重量特性分析工具，綜合考慮飛機的油箱布置、耗油順序等問題，系統(tǒng)輸入為某時刻飛機的累計總耗油量和飛行姿態(tài)，系統(tǒng)輸出為飛機的實時燃油重量特性數(shù)據(jù)，其執(zhí)行流程如圖4所示。實際工程應用中，系統(tǒng)輸入將由飛行模擬器提供，本文開發(fā)了簡單適用的飛行模擬程序，為實驗提供系統(tǒng)輸入，以獨立進行仿真實驗。

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)庫構建

1) 輸入?yún)?shù)：油箱結構模型。

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

圖5 油箱燃油模型自動切割程序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)，存儲至Excel表格和數(shù)據(jù)庫。

張永濤等[11]利用CATIA 自帶的Visual Basic編輯器開發(fā)燃油質量特性分析軟件，屬于進程內(nèi)調用CATIA，而CATIA在運行時存在內(nèi)存積壓的問題，當油箱燃油模型較大或進行大規(guī)模連續(xù)切割時，會導致切割速度大大降低，影響切割效率[18]。本文針對此問題進行改進，基于VC++ 開發(fā)環(huán)境，進程外調用CATIA進行自動化切割，根據(jù)實際情況對CATIA連續(xù)切割次數(shù)進行限制，適時釋放CATIA內(nèi)存，保證較高的切割效率。

2.2 燃油系統(tǒng)瞬時重量特性計算

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

輸入?yún)?shù)為累計耗油量和飛機飛行姿態(tài)，可由Excel文件或飛行模擬程序提供，并通過數(shù)據(jù)圖表實時顯示計算結果(各油箱及整個燃油系統(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，后者可用于實時仿真。

2.3 飛行模擬與監(jiān)控

基于Unity3D開發(fā)飛行模擬程序，分別構建發(fā)動機模型和飛機模型，為瞬時重量特性計算程序提供瞬時輸入，模擬與監(jiān)控程序如圖6所示。

1) 發(fā)動機模型。

發(fā)動機耗油量的數(shù)學模型如式(16)所示。

(16)

式中：Wz(ti)為ti時刻發(fā)動機的總耗油量；Q(t)為發(fā)動機t時刻的燃油流量(kg/s)，反映了發(fā)動機耗油情況隨時間的變化關系，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，每小時每產(chǎn)生1單位推力所消耗的燃油質量稱為單位燃油消耗率，簡稱耗油率，以sfc表示，即

(17)

式中:Wf為燃油流量；F為推力。

由文獻[19]中的5.4節(jié)“燃氣渦輪發(fā)動機設計點氣動熱力計算”可知，對給定發(fā)動機，給定飛行馬赫數(shù)和飛行高度，可較精確地估算出發(fā)動機耗油率和單位推力，即有sfc=sfc(H,Ma) ，式中：H為高度，Ma為馬赫數(shù)，對式(17)進行簡化，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 耗油量隨時間的變化關系示意圖Fig.7 Relation between fuel consumption and time

(18)

2) 飛機模型。

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個飛行姿態(tài)角，利用速度差分得到加速度，再根據(jù)過載與加速度的關系，可得到地面坐標系下(Unity3D場景中采用左手坐標系，計算時需進行坐標系轉換[20])的過載分量，如式(19)所示。

(19)

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

3 算例驗證

以大型客機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，作為仿真實驗的原始輸入。

圖8 油箱組模型Fig.8 Tank group model

3.1 前處理

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

2) 對油箱的基本信息進行管理，部分數(shù)據(jù)如表2所示。

3) 以耗油輪次為單位進行耗油順序設置，如表3所示，表頭依次為耗油輪次、油箱編號、耗油量和累計耗油量。

表1 切割工況設置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，導入油箱基本信息和耗油順序。

3) 在飛行模擬程序中，設置仿真時間步長為2 s，發(fā)動機平均推力為310 kN。

4) 開始實時仿真，在飛行模擬程序中對飛機進行操縱，包括油門和姿態(tài)兩大控制通道，燃油重量特性計算程序自動進行計算并實時顯示計算結果。

3.3 后處理

在2 s的時間步長下，能夠流暢地進行仿真和實時監(jiān)控，驗證了算法的快速性滿足要求。對仿真結果，進行后處理分析，燃油系統(tǒng)燃油重量-重心變化曲線如圖9所示，其中，縱坐標為燃油重量，橫坐標為燃油系統(tǒng)相對重心位置變化，即

(20)

式中：x(t)和x0分別為機體坐標系下t時刻和0時刻的x重心位置坐標；lb為機身長度。

結合油箱位置分布和耗油順序對仿真結果進行分析，由于耗油順序設置不夠精細、合理，導致后期重心波動范圍偏大，與預期基本相符，驗證了算法的準確性。后處理階段，可以根據(jù)仿真結果對耗油順序和油箱的空間位置進行優(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，故未作進一步的優(yōu)化。從客機經(jīng)濟性角度考慮，在巡航階段，要求阻力最小，而重心波動范圍較大，會增加配平阻力。而從仿真結果可以看出，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，有必要發(fā)展一種燃油主動重心控制技術，通過隨時調整耗油順序來保證燃油重心在有限范圍內(nèi)波動。

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 論

1) 提出基于數(shù)據(jù)和耗油順序的飛機燃油重量特性分析方法，使總體設計能在更大范圍內(nèi)進行迭代優(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客機為算例，驗證了算法及軟件的快速及準確性。

3) 給出了燃油重量特性仿真技術的一個研究方向，即燃油主動重心控制技術。

[1] 何敏, 韓鴻源, 王正平. 飛行狀態(tài)下飛機燃油質量特性計算與研究[J]. 西北工業(yè)大學學報, 1996, 14(4): 617-621.

HE M, HAN H Y, WANG Z P. On computation of properties relating to mass of fuel needed in aircraft flight dynamics[J]. Journal of Northwestern Polytechnical University, 1996, 14(4): 617-621 (in Chinese).

[2] 宋明剛, 李成全, 程康. 有姿態(tài)角時飛機燃油油量測量技術研究[J]. 測試技術學報, 1996, 10(2-3): 205-209.

SONG M G, LI C Q, CHENG K. Study on measuring of airplane fuel quantity with attitude[J]. Journal of Test and Measurement Technique, 1996, 10(2-3): 205-209 (in Chinese).

[3] 關麗, 陳行祿. 用多維查表法解決飛機燃油油量測量中的數(shù)據(jù)處理問題[J]. 測控技術, 1997, 16(1): 41-43.

GUAN L, CHEN X L. A method for the data process in fuel quantity gaging on aircraft by multidimensional table look-up technique[J]. Measurement & Control Technology, 1997, 16(1): 41-43 (in Chinese).

[4] 袁梅, 吳昊, 張建. 采用CAD技術對飛機燃油測量進行姿態(tài)誤差修正[J]. 北京航空航天大學學報, 2002, 28(1): 119-121.

YUAN M, WU H, ZHANG J. Fuel measurement with attitude error correction by using CAD technique[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2002, 28(1): 119-121 (in Chinese).

[5] 肖凝. 飛機燃油測量技術研究與發(fā)展[J]. 航空科學技術, 2003(3): 31-34.

XIAO N. Research and development of the aircraft fuel measurement technology[J]. Journal of Aeronautics Technology and Science, 2003(3): 31-34 (in Chinese).

[6] 王向楊, 莊達民, 劉建民. 飛機燃油測量方法研究[J]. 飛機設計, 2004(1): 47-51.

WANG X Y, ZHUANG D M, LIU J M. A study of aircraft fuel quantity gauging method[J]. Aircraft Design, 2004(1): 47-51 (in Chinese).

[7] 歐陽平超, 劉紅梅, 焦宗夏. 基于等效傳感器和插值法的燃油量測量算法[J]. 北京航空航天大學學報, 2006, 32(8): 950-953.

OUYANG P C, LIU H M, JIAO Z X. Measurement arithmetic based on linear interpolation and equivalent transducer in aircraft fuel quantity gaging[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2006, 32(8): 950-953 (in Chinese).

[8] 劉吉學, 徐橋生. 油箱燃油切片技術[C]//中國航空學會2008年重量工程專業(yè)委員會第十二屆學術交流會. 北京: 中國航空學會, 2008: 11-18.

LIU J X, XU Q S. The fuel tank slice technology[C]//The Twelfth Academic Exchange Conference of Specialized Committee, Chinese Society of Aeronautics and Astronautics, 2008. Beijing: Chinese Society of Aeronautics and Astronautics, 2008: 11-18 (in Chinese).

[9] 羅志宇. 飛機質量特性計算與數(shù)據(jù)庫管理技術研究[D]. 西安: 西北工業(yè)大學, 2003: 36-43.

LUO Z Y. Aircraft mass characteristics calculation and database management technology[D]. Xi’an: Northwestern Polytechnical University, 2003: 36-43 (in Chinese).

[10] 薛治平. 利用AutoCAD確定復雜構件的重量與重心[J]. 山西建筑, 2009, 35(20): 56-57.

XUE Z P. Determination on weight and gravity center of complex components based on AutoCAD[J]. Shanxi Architecture, 2009, 35(20): 56-57 (in Chinese).

[11] 張永濤, 劉欣, 潘若剛. 基于CATIA V5二次開發(fā)平臺的飛機燃油質量特性分析[J]. 飛機設計, 2009, 29(3): 48-51.

ZHANG Y T, LIU X, PAN R G. Analysis of aircraft fuel mass property based on secondary development platform of CATIA V5[J]. Aircraft Design, 2009, 29(3): 48-51 (in Chinese).

[12] 劉志杰, 楊福增, 蘇三買. 飛機飛行狀態(tài)下燃油慣性特性計算方法研究[J]. 計算機仿真, 2013, 30(4): 72-76.

LIU Z J, YANG F Z, SU S M. Research on aircraft fuel mass property calculations in the flight status[J]. Computer Simulation, 2013, 30(4): 72-76 (in Chinese).

[13] 劉志杰. 飛機燃油質量特性計算研究及其軟件開發(fā)[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學, 2012: 4-10.

LIU Z J. Research on aircraft fuel mass property calculation and its software development[D]. Yangling: Northwest A & F University, 2012: 4-10 (in Chinese).

[14] 蔣軍昌. 飛機數(shù)字式燃油管理系統(tǒng)研究[D]. 西安: 西北工業(yè)大學, 2002: 3-6.

JIANG J C. The research of aircraft digital fuel quantity measurement and management system[D]. Xi’an: Northwestern Polytechnical University, 2002: 3-6 (in Chinese).

[15] 楊朋濤, 牛量, 蔣軍昌. 基于飛機油箱模型形狀特征的油量測量切片步長選擇方法研究[J]. 航空學報, 2008, 29(3): 657-663.

YANG P T, NIU L, JIANG J C. Research of fuel quantity gauging syncopation step-size choosing based on aircraft fuel tank model shape feature[J]. Acta Aeronuatica et Astronautica Sinica, 2008, 29(3): 657-663 (in Chinese).

[16] 方振平, 陳萬春, 張曙光. 航空飛行器飛行動力學[M]. 北京： 北京航空航天大學出版社, 2005: 16-22.

FANG Z P, CHEN W C, ZHANG S G. Aeronautical aircraft dynamics[M]. Beijing: Beihang University Press, 2005: 16-22 (in Chinese).

[17] 顏慶津. 數(shù)值分析[M]. 3版. 北京： 北京航空航天大學出版社, 1999: 26-28, 112-115.

YAN Q J. Numerical analysis[M]. 3rd ed. Beijing: Beihang University Press, 1999: 26-28, 112-115 (in Chinese).

[18] 胡挺, 吳立軍. CATIA 二次開發(fā)基礎[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社, 2006: 1-27.

HU T, WU L J. CATIA secondary development foundation[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2006: 1-27 (in Chinese).

[19] 廉筱純, 吳虎. 航空發(fā)動機原理[M]. 西安： 西北工業(yè)大學出版社, 2005: 152-165.

LIAN X C, WU H. Aero-engine principle[M]. Xi’an: Northwest Polytechnical University Press, 2005: 152-165 (in Chinese).

[20] 宣雨松. Unity 3D游戲開發(fā)[M]. 北京： 人民郵電出版社, 2012: 91-130.

XUAN Y S. Unity 3D game development[M]. Beijing: Post & Telecom Press, 2012: 91-130 (in Chinese).

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

羅明強男， 博士， 講師。主要研究方向： 飛行器總體設計、 飛行器數(shù)字化設計、 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)絡出版時間

時間：2016-02-241426

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

國家“863”計劃 (2014AA110501)

*

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

郭銳， 羅明強， 唐乾剛， 等． 大型客機燃油重量特性仿真技術研究J． 航空學報,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