· SKY-AERO：飛機氣動彈性綜合分析系統

軟件介紹

軟件名稱：飛機氣動彈性綜合分析系統

簡稱：SKY-AERO

軟件特色

本軟件的特色是能夠對亞、跨、超、高超聲速飛行器進行空氣動力學、氣動載荷和結構強度耦合計算。結合風洞試驗和試飛數據進行修正，快速、準確、可靠的給出氣動彈性飛行載荷的估計結果。本軟件是北京瑞達天潤科技有限公司結合國內航空工業領域工程實踐，自主研發的多速域氣動彈性飛行載荷仿真分析和設計軟件。是當貼近航空工業實踐的*、可靠的彈性飛行載荷解決方案。

系統需求

本軟件適用系統：Windows7、Windows XP、Windows Server 2008。

安裝和運行方法

安裝方法：

將安裝光盤插入光驅中，能自動運行的系統即可自動彈出下圖所示的安裝界面，或者雙擊光盤根目錄的“setup.exe” ，彈出該界面。在安裝界面中，點擊對應的軟件，即可進行安裝。

安裝部署前必須確認相關運行環境：

1) Oracle 10g

2) Microsoft .NET Framework 1.1 語言包

3) JDK1.6.0

4) tomcat6.0

本軟件安裝界面如下：

圖 1本軟件安裝界面

運行方法：

本軟件可以通過以下兩種方法運行氣動：

1）通過雙擊桌面的“飛機氣動彈性綜合分析系統”圖標，啟動本軟件。

2）通過開始菜單：“開始→程序→SKYINVESTOR→SKY-AERO→STARTUP.EXE”啟動本軟件。

圖 2本軟件啟動界面

軟件功能

本軟件的功能包括：

A 氣動彈性數據處理功能

氣動試驗數據處理是進行精確飛行載荷設計的保證，在詳細設計階段需要大量的氣動試驗數據作為支撐，其中包括全機測壓、全機測力以及部件測力等風洞試驗數據，這些龐大的數據需要進行綜合的分析與處理，達到測壓、測力數據的協調、數據與計算模型的匹配。

試驗數據處理系統是將測壓試驗數據插值到載荷計算模型網格中，并將測壓試驗數據與測力試驗數據相協調，供后續載荷計算使用。

全機測力試驗是為了確定全機的氣動力特性，部件測力試驗是為了確定各部件氣動載荷和作用點，全機測壓試驗則是為了確定全機的壓力分布。由于各種試驗的模型、支撐方式和測試方法等都有所不同，通過測壓數據積分得到的全機氣動特性與全機測力結果是有一定差別的。在飛機的飛行載荷計算中，嚴重載荷計算狀態來自飛機的機動過程計算，使用的是全機測力試驗數據，而全機平衡載荷又是根據與嚴重載荷計算狀態相匹配的全機氣動載荷分布計算得到的，使用的是全機測壓試驗數據。如不進行兩套數據的協調和匹配，所得到的嚴重載荷計算狀態和所需要的全機載荷就會不一致。這就需要將測壓數據與測力數據進行協調，使測壓積分結果與測力試驗結果一致，最后形成一套協調后的氣動力數據，供飛行載荷計算和分析使用。

其過程如下：

啟動試驗數據處理軟件：WTPS，填寫用戶賬號及口令，選擇機型并登陸。

點擊“管理→飛機型號管理”，進入飛機型號管理界面。

在左側飛機種類文本框中右擊，選擇“新建”，建好新機型后，需關閉數據庫，重新登陸，登陸時選擇新建的機型。在飛機類型管理全機參數設定中中對新建機型進行飛機基本參數進行填寫。

在預處理中依次讀入測壓點坐標數據、插入機身部件壓力點、讀分區網格坐標數據、讀入網格x偏移數據、讀入試驗測壓Cp數據、讀入試驗測力數據。其過程可參閱第四章軟件使用→試驗數據處理系統部分。

讀入測壓數據后，選擇“數據處理”主菜單下的“修改壓力值”子菜單，彈出“查詢狀態數據”窗體。

根據狀態參數條件篩選出所需要修改壓力值的狀態，點擊“確定”后彈出圖形控制界面。

對于翼面部件，可以查詢多個狀態或多個剖面數據進行比較。

對于機身部件只能查詢單個狀態或者單個剖面的圖形。圖形中帶箭頭的藍色線段長度表示該點的壓力值，箭頭方向表示壓力的方向（箭頭向內表示壓力，向外表示吸力），圖形中紅色圖形表示機身部件的剖面局部y-z坐標圖。

只對未做一級處理的狀態作積分處理,即測壓試驗數據插值到氣動計算網格上，并將網格上的壓力分布進行積分處理。

只對未做二級處理A操作的狀態做二級處理A操作，即對相應狀態的部件測力數據與測壓數據進行協調，并保持協調后數據不變的基礎上，對相應狀態的全機測力數據與測壓數據進行再次協調。

通過“積分曲線查詢”可以查看積分結果，通過顯示網格壓力可以將協調前后的壓力系數進行對比分析。

下面給出了某典型剖面協調前后的壓力分布對比。

根據載荷設計需要，篩選所需狀態，導出壓力分布數據，一般包括三個文件： 氣動網格數據文件、導出數據狀態列表和壓力系數文件。

B 靜氣彈分析功能

靜氣動彈性分析是飛機氣動彈性力特性和彈性載荷分析的基礎，主要分析飛行過程中彈性變形對氣動特性的影響和載荷的重新分布。本軟件的靜氣彈分析模塊具備配平系統和飛行載荷靜態氣動彈性分析功能。

啟動平衡載荷分析軟件，界面如下圖所示：

右側界面為參數配置區，根據計算狀態填寫馬赫數、速壓，選擇彈性模型，

在自由度配置區，根據本輪計算，需要對五個自由度進行配平計算，因此全部為選中狀態。

控制面區中列出計算狀態控制參數，每個控制參數的屬性配置項，可選擇“FIX”“FREE”“LINK”“NONE”四種情況。

在修改文件區，為文本輸入框，可對生成的bdf文件進行文本輸入，本算例中文本包括推力項和阻力項。點擊保存后，在左側產生一個實例，將所需分析的M數及每個M數下的速壓分別生成不同的.bdf文件,并點擊運行生成不同的.f06文件，如下圖所示。

完成多個實例填寫后，點擊左下角“運行”，彈出運行控制對話框。

在運行控制對話框中，選擇要運行的實例號，點擊“運行”，則軟件調用預先配置好路徑的Nastran程序進行靜氣動彈性計算。

計算完成后，進入F06設計模塊,點擊全選框,選中所有.f06文件。選擇速壓單位，給出速壓單位轉換系數，選擇分析條件（有支持或無支持）；選取所要分析的氣動力導數并給出相應名稱，點擊圖形預覽即可查看當前所選氣動力導數彈性修正曲線。

下面給出部分修正系數曲線：

C 機動過程仿真分析功能

機動過程仿真分析是飛行載荷設計的重要依據，本軟件對于軍機或民機可分別根據飛機結構強度規范（標）和中國民用航空規章第25部（CCAR-25-R4）進行機動動作的仿真分析，并從中篩選出嚴重載荷設計情況以及相應計算狀態參數。

機動仿真模型的建立包括：基本參數建模、控制律建模和氣動力建模。

啟動機動仿真軟件，將首先出現軟件主界面。主界面包括標題欄、菜單欄、工具欄和主畫面等。界面如下圖所示：

從輪的模型中選擇一個模型做為模板進行編輯更新氣動、重量和計算初始點信息。

一）一般信息

“一般信息”可以更新一下數據使用情況，也可不填寫。

二）包線

包線模塊沒有更新。

三）構造信息

“構造信息”更新氣動參考量。

四）質量管理

質量管理待其他模塊完成后，按初步設計階段的重量狀態更新數據。

五）推進模塊管理

推進模塊更新發動機推力信息。

六）飛控模塊

飛控模塊仍然是硬連接形式，更新舵面偏轉限制規律和偏轉速率。

七）氣動力建模

氣動模塊基本框架不變，更新氣動力數據。

八）初始點設置

按照飛機的不同高度對應的特征速度更新計算初始點。

九）其他仿真模型的構建

在個機動仿真模型構建后，可以此為模板，通過拷貝模型，修改重量信息和計算初始點來創建其他模型，在初步設計階段，針對提供的重量文件，考慮標準航程型和增大航程型可能出現的重量和高度的組合狀態，共確定了共有112個。其中基本航程型54個，增大航程型58個。