本發(fā)明涉及像素細分載荷傳遞方法和系統(tǒng)，屬于飛機氣動彈性領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在涉及到外形接受流體動力壓力同時內(nèi)部存在結(jié)構(gòu)承載的產(chǎn)品設(shè)計前，需要評估內(nèi)部結(jié)構(gòu)各種可能承受的來自外部流體動力學(xué)載荷。飛機是該類型產(chǎn)品中的一種。

對外部流體動力學(xué)進行計算流體力學(xué)評估通常采用計算流體力學(xué)分析或者風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ?，形成用于流體力學(xué)分析的網(wǎng)格。每個網(wǎng)格單元上保存有力數(shù)據(jù)。

對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)動力學(xué)建模，形成結(jié)構(gòu)有限元模型。結(jié)構(gòu)有限元的形式與流體力學(xué)分析使用的網(wǎng)格完全不匹配。載荷傳遞的作用是將氣動面元上的力轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)有限元節(jié)點上的力，要求在轉(zhuǎn)換前后保證力和力矩守恒，力和力矩分布保持基本一致。

現(xiàn)有載荷傳遞過程中通常有如下幾種方法。

一、映射方法：按空間位置自動匹配結(jié)構(gòu)單元和氣動單元進行傳遞，缺點是對于結(jié)構(gòu)和氣動力界面網(wǎng)格差異較大時，難以保證能量守恒。

二、插值方法：將全部結(jié)構(gòu)單元和氣動單元參與三維插值，自動化程度較高，在邊界載荷傳遞過程中可以保證能量守恒，缺點是對于大展弦比飛機機翼的情況，難以保證力矩分布在傳遞前后保持一致。該方法可采用分區(qū)方法提高傳遞前后的一致性，但是在機翼上存在較多活動面時，難以僅僅通過平面分割進行部件載荷傳遞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的在于，克服現(xiàn)有載荷傳遞方法和系統(tǒng)的上述缺陷，提供一種新的載荷傳遞方法和系統(tǒng)，實現(xiàn)將氣動表面載荷傳遞到結(jié)構(gòu)節(jié)點上，并且實現(xiàn)傳遞前后守恒性以及載荷分布的精確匹配。

本發(fā)明的以上目的通過一種像素細分載荷傳遞方法來實現(xiàn)，該像素細分載荷傳遞方法包括：

獲得表面壓力分布數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)形式為面元及其對應(yīng)的壓力；

將所述面元像素細分為足夠小的細分面元；

將所述細分面元分配給對應(yīng)的結(jié)構(gòu)承載點；

將分配給同一結(jié)構(gòu)承載點的細分面元積分為集中力和力矩，并傳遞給結(jié)構(gòu)承載點；

比較傳遞前后的載荷分布以得出差值，判斷所述差值是否小于給定容差；

倘若所述差值小于給定容差，則獲得最終載荷；

倘若所述差值大于或等于給定容差，則對面元繼續(xù)進行像素細分，并重復(fù)后續(xù)步驟，直到獲得最終載荷。

根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的像素細分載荷傳遞方法能起到以下有益技術(shù)效果：實現(xiàn)將氣動表面載荷傳遞到結(jié)構(gòu)節(jié)點上，并且實現(xiàn)傳遞前后守恒性以及載荷分布的精確匹配。

較佳的是，所述表面壓力分布數(shù)據(jù)通過計算流體力學(xué)分析或風(fēng)洞試驗獲得。

較佳的是，所述像素細分是按照幾何形心的像素化等分。

較佳的是，每個細分面元都分配給對應(yīng)的結(jié)構(gòu)承載點。

較佳的是，像素細分載荷傳遞方法還包括：在將所述面元像素細分為足夠小的細分面元之前，對結(jié)構(gòu)承載點進行分組。

本發(fā)明的以上目的還通過一種像素細分載荷傳遞系統(tǒng)來實現(xiàn)，該像素細分載荷傳遞系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)獲得模塊，所述數(shù)據(jù)獲得模塊構(gòu)造成獲得表面壓力分布數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)形式為面元及其對應(yīng)的壓力；

像素細分模塊，所述像素細分模塊構(gòu)造成將所述面元像素細分為足夠小的細分面元；

面元分配模塊，所述面元分配模塊構(gòu)造成將所述細分面元分配給對應(yīng)的結(jié)構(gòu)承載點；

積分傳遞模塊，所述積分傳遞模塊構(gòu)造成將分配給同一結(jié)構(gòu)承載點的細分面元積分為集中力和力矩，并傳遞給結(jié)構(gòu)承載點；

比較判斷模塊，所述比較判斷模塊構(gòu)造成比較傳遞前后的載荷分布以得出差值，判斷所述差值是否小于給定容差；倘若所述差值小于給定容差，則獲得最終載荷；倘若所述差值大于或等于給定容差，則使用所述像素細分模塊、面元分配模塊和對積分傳遞模塊對面元繼續(xù)處理，直到獲得最終載荷。

根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的像素細分載荷傳遞系統(tǒng)能起到以下有益技術(shù)效果：實現(xiàn)將氣動表面載荷傳遞到結(jié)構(gòu)節(jié)點上，并且實現(xiàn)傳遞前后守恒性以及載荷分布的精確匹配。

較佳的是，所述表面壓力分布數(shù)據(jù)通過計算流體力學(xué)分析或風(fēng)洞試驗獲得。

較佳的是，所述像素細分是按照幾何形心的像素化等分。

較佳的是，所述面元分配模塊構(gòu)造成將每個細分面元都分配給對應(yīng)的結(jié)構(gòu)承載點。

較佳的是，像素細分載荷傳遞系統(tǒng)還包括結(jié)構(gòu)承載點分組模塊，所述結(jié)構(gòu)承載點分組模塊構(gòu)造成：在將所述面元像素細分為足夠小的細分面元之前，對結(jié)構(gòu)承載點進行分組。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的像素細分載荷傳遞方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明一實施例的像素細分載荷傳遞系統(tǒng)的示意圖。

圖3是本發(fā)明一實施例的機翼機構(gòu)和氣動外形的示意圖。

圖4是本發(fā)明一實施例的像素細分載荷傳遞方法的分組匹配關(guān)系的示意圖。

圖5是本發(fā)明一實施例的像素細分載荷傳遞方法的像素細分示意圖。

附圖標記列表

1、縫翼氣動面

2、襟翼氣動面

3、主翼氣動面

4、縫翼結(jié)構(gòu)部件

5、襟翼結(jié)構(gòu)部件

6、主翼結(jié)構(gòu)部件

d、分配箭頭

具體實施方式

以下將描述本發(fā)明的具體實施方式，需要指出的是，在這些實施方式的具體描述過程中，為了進行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實際的實施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正如在任意一個工程項目或者設(shè)計項目的過程中，為了實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標，為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實施方式到另一種實施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行的一些設(shè)計、制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當(dāng)理解為本公開的內(nèi)容不充分。

除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分。“一個”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，也不限于是直接的還是間接的連接。

圖1是本發(fā)明一實施例的像素細分載荷傳遞方法的流程圖。圖2是本發(fā)明一實施例的像素細分載荷傳遞系統(tǒng)的示意圖。圖3是本發(fā)明一實施例的機翼機構(gòu)和氣動外形的示意圖。圖4是本發(fā)明一實施例的像素細分載荷傳遞方法的分組匹配關(guān)系的示意圖。圖5是本發(fā)明一實施例的像素細分載荷傳遞方法的像素細分示意圖。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的像素細分載荷傳遞方法包括：

獲得表面壓力分布數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)形式為面元及其對應(yīng)的壓力；

將面元像素細分為足夠小的細分面元；

將細分面元分配給對應(yīng)的結(jié)構(gòu)承載點；

將分配給同一結(jié)構(gòu)承載點的細分面元積分為集中力和力矩，并傳遞給結(jié)構(gòu)承載點；

比較傳遞前后的載荷分布以得出差值，判斷差值是否小于給定容差；

倘若差值小于給定容差，則獲得最終載荷；

倘若差值大于或等于給定容差，則對面元繼續(xù)進行像素細分，并重復(fù)后續(xù)步驟，直到獲得最終載荷。

這樣，本發(fā)明的像素細分載荷傳遞方法能實現(xiàn)將氣動表面載荷傳遞到結(jié)構(gòu)節(jié)點上，并且實現(xiàn)傳遞前后守恒性以及載荷分布的精確匹配。

較佳的是，表面壓力分布數(shù)據(jù)通過計算流體力學(xué)分析或風(fēng)洞試驗獲得。

較佳的是，像素細分是按照幾何形心的像素化等分。等分數(shù)量取決于面元形狀類型。

較佳的是，每個細分面元都分配給對應(yīng)的結(jié)構(gòu)承載點。即，不能漏掉任何一個細分面元不參加載荷傳遞。

較佳的是，像素細分載荷傳遞方法還包括：在將面元像素細分為足夠小的細分面元之前，對結(jié)構(gòu)承載點進行分組。

如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的像素細分載荷傳遞系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)獲得模塊，數(shù)據(jù)獲得模塊構(gòu)造成獲得表面壓力分布數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)形式為面元及其對應(yīng)的壓力；

像素細分模塊，像素細分模塊構(gòu)造成將面元像素細分為足夠小的細分面元；

面元分配模塊，面元分配模塊構(gòu)造成將細分面元分配給對應(yīng)的結(jié)構(gòu)承載點；

積分傳遞模塊，積分傳遞模塊構(gòu)造成將分配給同一結(jié)構(gòu)承載點的細分面元積分為集中力和力矩，并傳遞給結(jié)構(gòu)承載點；

比較判斷模塊，比較判斷模塊構(gòu)造成比較傳遞前后的載荷分布以得出差值，判斷差值是否小于給定容差；倘若差值小于給定容差，則獲得最終載荷；倘若差值大于或等于給定容差，則使用像素細分模塊、面元分配模塊和對積分傳遞模塊對面元繼續(xù)處理，直到獲得最終載荷。

這樣，本發(fā)明的像素細分載荷傳遞系統(tǒng)能實現(xiàn)將氣動表面載荷傳遞到結(jié)構(gòu)節(jié)點上，并且實現(xiàn)傳遞前后守恒性以及載荷分布的精確匹配。

較佳的是，表面壓力分布數(shù)據(jù)通過計算流體力學(xué)分析或風(fēng)洞試驗獲得。

較佳的是，像素細分是按照幾何形心的像素化等分。

較佳的是，面元分配模塊構(gòu)造成將每個細分面元都分配給對應(yīng)的結(jié)構(gòu)承載點。

較佳的是，本發(fā)明的像素細分載荷傳遞系統(tǒng)還包括結(jié)構(gòu)承載點分組模塊，結(jié)構(gòu)承載點分組模塊構(gòu)造成：在將面元像素細分為足夠小的細分面元之前，對結(jié)構(gòu)承載點進行分組。

本發(fā)明的像素細分載荷傳遞方法和系統(tǒng)可用于氣動表面壓力轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)載荷，可以用于氣動彈性的分析。

一般插值方法在載荷傳遞上具有一定的誤差，即使通過平面分割后再進行插值，將插值關(guān)系限制在了一個較小的范圍內(nèi)，將插值的整體誤差變?yōu)檩^小的局部誤差，整體上減小了誤差。但是仍然存在局部誤差。

本發(fā)明的像素細分載荷傳遞方法和系統(tǒng)可以保持插值方法所具有的守恒性和易于實現(xiàn)的優(yōu)點的同時，消除了插值方法在局部載荷分布吻合效果不佳的問題。

同時，本發(fā)明的像素細分載荷傳遞方法和系統(tǒng)不再對區(qū)域產(chǎn)生限制，區(qū)域可以是三維空間中任意承載點的集合，并且無需定義分割平面，減少了人工干預(yù)，提高了自動化。

下面以機翼機構(gòu)的載荷傳遞為例，具體說明了本發(fā)明的像素細分載荷傳遞方法和系統(tǒng)。首先，如圖3所示，對機翼結(jié)構(gòu)和氣動外形進行建模，機翼結(jié)構(gòu)和氣動外形示意如圖3所示。機翼氣動外形包括：縫翼氣動面1、襟翼氣動面2、主翼氣動面3。相應(yīng)的結(jié)構(gòu)部件包括：縫翼結(jié)構(gòu)部件4、襟翼結(jié)構(gòu)部件5、主翼結(jié)構(gòu)部件6。

如圖4所示，初始載荷傳遞過程中，初始氣動面元分組按照與結(jié)構(gòu)部件承載點以就近原則按照對應(yīng)分配箭頭d的匹配關(guān)系分配。若傳遞前后載荷分布的差值不滿足要求(即，若差值大于或等于給定容差)，則對較大的面元進行像素細分。

如圖5所示，假設(shè)某一面元需要分裂，存在兩個部件分組分別為a組和b組。初始分配給了a組。在像素細分后，等分為4等分，從而原面元分裂為4個小面元。再次對4個面元重新按距離就近原則分配部件分組。4個面元中有1個面元分給了a組，3個面元分給了b組。再次進行載荷傳遞，若傳遞前后的載荷分布的差值仍不滿足要求，則對面元繼續(xù)細分，重復(fù)前述過程，直至滿足要求(即，差值小于給定容差，獲得最終載荷)。

與現(xiàn)有技術(shù)一般的插值方法相比，本發(fā)明的像素細分載荷傳遞方法和系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

保證了傳遞前后的載荷守恒性和分布一致性；

能夠處理任意幾何形狀的結(jié)構(gòu)部件和氣動外形的載荷傳遞；

通過像素細分提高了傳遞準確度，實現(xiàn)精確匹配。

上面已經(jīng)描述了一些示例性實施例。然而，應(yīng)該理解的是，可以做出各種修改。例如，如果所描述的技術(shù)以不同的順序執(zhí)行和/或如果所描述的系統(tǒng)、架構(gòu)、設(shè)備或電路中的組件以不同方式被組合和/或被另外的組件或其等同物替代或補充，則可以實現(xiàn)合適的結(jié)果。相應(yīng)地，其他實施方式也落入權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。