飞机气动力工程的程序化实施范文

1实现工程估算程序化处理的方案流程

计划方案如图1。图1工程估算程序化处理方案的流程示意图方案流程说明：第一步，建立整体方案的标准化库，由于整个案实现的子程序和涉及的飞机气动力参数很多，为了便于设计人员相互协作并且使程序调用参数方便，在方案实施开始阶段要统一规定数据存储方式、各全局变量符号的定义、功能函数的命名方式等。第二步，开始对所有的曲线图表数字化，每条曲线存储为二维数组，同一图表的曲线统一存储在一个结构变量名下，最后根据命名规则存储为数据文件。第三步，编写查图所需参数的子函数，调用图表数据文件并根据曲线形态编写插值函数，然后存储为标准的M文件；然后根据飞机气动特性分类，根据参考公式和适用范围，编写每部分的子函数。第四步，对主程序的主要部分分别定义，做到计算状态、参数输入、计算方式的定义都通俗易懂，然后对程序各部分调试，验证程序运行无误并且没有冲突。第五步，对结果输出格式进行描述，调用曲线绘图等功能。第六步，后期处理工作，主要是编写可视化界面，方便结果的输入和输出，对飞机的气动特性有更直观的描述。

2实现过程

2.1图表曲线的数据化处理由于工程估算需要查阅大量图表，因此首先解决的是联合get－data、Excel、Matlab软件的功能实现图表曲线的数据化过程：利用getdata软件主要利用它的自动取点功能，Excel可以将取到的数据点进行单调排序，利用Matlab读取数据并存储统一格式。以飞机机翼零升阻力估算时的升力面修正因子的经验曲线为例，它是马赫数和机翼最大厚度线后掠角的函数，数据化建模的过程如下：

2.1.1把图像保存为.BMP位图文件，然后导入getdata软件，利用getdata软件定义好纵横坐标，利用它的自动取点功能把每条曲线转化成二维数组。得到的二维数组一定保证X坐标为单调函数（可以借助EXCEL的升序排列功能）。

2.1.2在Matlab中建立图表数据的结构变量，例如：curve(M1,M2,M3,M4)，假设M1,M2,M3,M4分别表示M1=0.25,M2=0.6,M3=0.8,M4=0.9的四条曲线，通过把取点得到的四个二维数组分别赋值给curve.M1，curve.M2，curve.M3，curve.M4。

2.1.3利用Matlab的SAVE功能将结构变量存储为数据文件，例如：savecurveXXX.matcurve（具体运用时可根据图表编号来命名，方便查找）以便以后的程序直接调用取值。

2.2建立曲线取值的子函数建立图表数据库后，还要从数据库中准确查找所对应的参数，才能达到精确取值的目的，根据2.1节建立的数据文件，如果给出最大厚度线后掠角Λt/c，max和马赫数M，这就需要从curveXXX.mat文件中检索出所对应的RLS值。由于原始图表里面只有四条曲线，相对应只有四个二维数组，如果要查找任意马赫数下的RLS，那么唯一的办法就是插值，插值的具体方法可以用两点线性插值，三点线性插值或者非线性插值，选用什么方法根据曲线形态来决定。如果这些都写到主程序，那么会造成不易修改而且容易出错，为避免程序臃肿，可以使用Matlab的特色功能，建立一个曲线取值的功能函数。这个功能函数（M文件）可以供任何子函数调用。

2.3创建分块函数根据飞机气动力工程估算主要内容，可以根据飞机的气动特性分类建立分块函数，如升力特性、阻力特性、俯仰力矩特性等；也可以根据飞机部件来定义，例如机翼气动特性、机身气动特性、尾身组合体气动特性等。分块函数是互不干扰，可以互相调用彼此结果。以升力特性计算为例，其创建过程为：

2.3.1定义函数function[Cy0,Cymax,Cay,α0,…]=ShengLiTeXing(bA,l,S,…)，其中括号里面Cy0,Cymax,Cay,α0表示函数返回值，也就是要计算的气动导数方面输出，可根据需要进行添加；小括号里面bA,l,S表示变量名，也就是需要输入的飞机总体参数。

2.3.2编写各气动导数的计算过程，例如需要查图1的曲线数值，那么可以直接调用子函数RLS=curve(M,Λt/c，max)读取数据。

2.3.3将计算的各参数结果统一存在规定格式的文件中，方便其它函数调用数据。

2.4主程序运行示意图前面建立很多各部分子函数和分块函数，其主要目的是简化主程序行数，方便输入，方便读写，复杂部分均写成了函数，让没有使用过Matlab的设计人员也能够娴熟调用函数并进行计算，以图2为例，主程序仅包含四个部分内容：

2.4.1标号1部分的主要功能是进行计算空间的内存清理和所有计算方法的来源（参考资料），这部分不需要改动，仅供分析计算结果时参考；

2.4.2标号2部分是计算状态输入和说明，包含飞行马赫数、飞行高度、大气运动粘性系数等，和所要计算的飞机飞行状态密切相关；

2.4.3标号3部分主要是飞机主要几何参数输入，例如机翼形状参数，机身外形参数以及尾翼外形参数等，此处要求参数尽可能简化，中间参数不需要输入，具体输入参数需求根据计算内容而定。3.4.4标号4部分为主要的计算内容，根据需要计算的气动导数来调用相关函数，也可以在此对所需要的气动导数进行输出。例如，需要查看全机的Cαy，那么仅需要输入Cαy即可在Matlab主程序的运行状态栏即可看到Cαy的输出结果。

3界面可视化

根据前三节实现了气动力工程估算的自动处理的整个过程，并且程序也能够被不熟悉Matlab的人员操作使用，但存在参数输入不方便，容易对总体参数的输入产生错误，并且输出结果不便查找（需要对照符号表查找计算的导数符号）数值，输出不直观等问题。因而，需要对整个方案进行后期的可视化封装，这不仅使界面明了清晰，并且还可以对计算结果进行特定处理，更加直观体现飞机的气动特性。

3.1参数输入功能：建立参数输入对话界面，通过中文文字说明，参数输入过程将不再需要和符号一一对应，这不仅减小了人为的输入错误，也提高了效率。

3.2计算与数据输出：参数输入完成以后，即可点击开始计算，默认状态下时将把可能计算的所有气动导数完全计算，实际编写程序时可加入对特定的导数进行计算。计算完成后可以将计算结果按已设定好的数据格式进行输出。

4结束语

飞机气动力工程估算是飞机气动布局设计的一项重要工作，它的发展关系飞机气动布局设计的时间和成本。文章通过Matlab软件，提供了一种飞机气动力工程估算程序化自动处理方法，对存在的主要技术问题提供了解决的办法。这种工程估算程序化自动处理方法在XXX飞机气动力工程估算的过程中实现部分应用，体现出了高效、快捷的特点，并且计算结果的重复性精度很高。不足之处是功能还不是很强大。参考国内外同行在这方面的经验，基于文章基础，可以在后续工作将逐步加入结果分析、参数优化设计等功能，为设计人员提供一个较为完善的计算处理软件。

作者：陈春鹏杨康智王莉萍单位：中航通飞研究院