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飞机气动力工程估算的程序化实现方法

飞机气动力工程估算是获取飞机气动力数据的主要手段，在方案设计的初期

占有重要的地位。文章根据当前飞机气动力工程估算存在的数据处理繁琐、周期

长、效率低等的主要问题，通过借助Matlab等工程软件，提出了一种实现飞机

气动导数程序化计算处理的整体实现方法，这种气动力工程估算的自动处理方法

一方面大大减少了计算周期、提高了工作效率。另一方面这种方法提高了计算结

果的精度，为飞机气动力工程估算、气动布局参数调整提供了快速、有效手段。

标签：气动力；工程估算；自动处理；Matlab应用

1前言

在飞机研制设计方案初期，由于飞机初步设计方案的参数需要经常调整，而

通过风洞试验和数值计算获取飞机气动力参数比较耗时，难以在较短时间内跟上

参数调整的步伐，工程估算方法能够快速得出飞机不同气动布局的主要气动特

性，以便通过反复迭代来对方案进行优化设计，因此工程估算在这期间占有比较

重要的地位。然而，当前使用的工程估算的计算方法已经严重落后，没有最大限

度展现出它在飞机方案设计阶段所具有的优势，其中主要问题在于：

1.1目前采用的工程估算方法耗费的时间太长：工程估算的计算公式主要来

源于大量风洞试验结果和前人经验总结，大部分属于半经验公式，计算过程中很

多的气动参数要查阅图表，根据目前型号飞机的工程估算来看，提供一套完整的

飞机气动导数，至少要查300个左右的图表，一个熟练的设计人员将近75%的时

间耗费在查图取数上面，极大浪费了人力。

1.2计算的结果累积误差较大：查表取数的过程中，图表网格稀疏，数据取

值存在误差，并且不同设计人员从图上读到的数据也存在差异，而飞机的气动导

数是相互联系相互影响的，前面导数的计算误差对后续导数的计算有很大的影

响，这种误差的积累造成计算结果精度较差。

1.3计算结果重复性不高：一方面，由于计算公式没有固化，因而同一总体

参数下不同期的计算结果可能存在差异，另一方面，同一设计人员在不同时间的

查图所得数据也存在差异。

出现这些问题的根源就是没有形成一套完整的自动化处理软件或者计算程

序，结合目前的实际情况，文章基于Matlab等一些工程应用软件，提出一种方

便、有效、快速实现对飞机气动力工程估算自动处理的方法。

2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，由于整个方案实现的子

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。

3实现过程

3.1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getdata、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：

3.1.1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）。

3.1.2在Matlab中建立图表数据的结构变量，例如：curve（