飛機氣動數字樣機概念研究

摘 要：文章介紹了飛機氣動數字樣機概念，氣動數字樣機是對飛機氣動數據進行科學統一管理和發布的數據源，通過將多種方式獲得的飛機型號氣動數據以合理的數據結構存入數據庫中并實現相應的輸入輸出和管理接口來實現。

關鍵詞：氣動數據管理；氣動數據源；氣動數字樣機

引言

氣動設計是飛機設計過程中的關鍵工作，通過氣動設計，飛機由幾何模型變成物理模型，這個物理模型通過大量的氣動數據得以表達，對這些氣動數據的管理和應用，是整個氣動工作的核心工作。傳統的氣動數據管理存在以下問題：

（1）數據存儲零散

氣動設計工作中，對各飛機型號或同一型號的不同設計階段會通過估算、CFD計算、風洞試驗以及試飛等手段，得到大量的氣動數據。在傳統的氣動數據管理中，各型號、階段及各種手段產生的數據都獨立存儲，甚至采用不同的形式或格式，造成數據源、數據類型多樣，數據標識不清，氣動數據查閱使用困難。

（2）數據結構混亂

傳統的設計工作中，氣動數據大多以電子文檔或紙質文件的形式進行存儲，與基于數據庫的存儲形式相比，這些數據無法形成有效的數據結構，造成數據管理困難，數據利用率低，使得氣動設計工作的效率較低。

（3）數據同步、更改困難

傳統的數據管理中，數據的同步和更改一般通過發放文件和協調單的方式進行。而氣動數據狀態較多、更改也比較頻繁，以文件方式進行數據流的傳輸很難滿足及時性和同步性的要求。一旦飛機設計的各個專業數據不同步，將可能造成飛機設計事故，輕則造成設計反復，增加設計工作量、影響設計進度；重則造成設計失敗，產品無法達到預想性能。

針對以上問題，文章提出了氣動數字樣機的概念。氣動數字樣機就是飛機氣動數據的數據源，由氣動力專業通過CFD、工程估算、風洞試驗和試飛等手段獲得氣動數據并以合適的結構存入數據源中，其他專業需要氣動數據時通過用戶接口訪問數據源按需查詢獲取數據，實現氣動數據的統一科學管理。

1 數據結構分析

數字樣機可基于成熟的數據庫平臺部署，比如SQL-SERVER平臺。數據庫技術目前已經非常成熟，對于結構性數據，可以很方便地進行添加、修改、刪除、處理及分析。因此，若基于成熟的數據庫平臺，氣動數字樣機部署的核心工作是分析數據結構，按數據的邏輯關系建立數據庫架構。

飛機氣動數據的核心部分是六自由度的氣動力和力矩數據，但根據型號、設計階段、同一階獲取手段及計算、試驗條件的不同會獲得不同的氣動數據，按照這些條件的層次結構，可以按以下方式建立數據的邏輯關系：（1）每個不同的型號有數據集A；（2）按型號設計階段不同，每個數據集A包含若干數據集B；（3）按數據的獲取手段不同，每個數據集B包含若干數據集C；（4）按部件不同，每個數據集C包含若干數據集D；（5）按計算、試驗條件（包括迎角、側滑角、舵面狀態、起落架狀態、雷諾數等）不同，每個數據集D包含若干數據集E。具體數據結構如圖1所示。

2 氣動數字樣機應用研究

數字樣機應用是指通過應用層與數據庫的程序接口實現對數據的添加、修改、刪除、數據處理、查詢、分析、報表和打印等功能。

為保證數據庫安全和按照氣動設計工作流程對數據進行管理，必須對不同的數據用戶提供不同的權限和界面。因此，在數字樣機的應用層和底層數據庫之間需要加入邏輯層，以便對用戶權限進行分配和管理。

數字樣機各層功能如下：（1）底層數據庫。通過數據庫平臺對氣動數據進行結構化存儲；（2）應用層。應用層提供數據庫接口和相應操作界面。對氣動設計專業用戶，提供全權限的數據管理功能；對其他專業用戶，則只開放對應專業所需的數據包，并提供對該數據包的查詢、分析、報表、數據處理和打印功能；（3）邏輯層。針對不同的登錄用戶，分配各自的數據權限和應用界面。

數字樣機的數據庫和邏輯層可部署在服務器上，應用層融入信息化辦公平臺，用戶通過信息化平臺和內部網絡連接到服務器完成對數據的使用及操作。氣動數字樣機分層和數據流示意圖如圖2。

3 結束語

文章簡要探討了飛機氣動數字樣機概念，在分析飛機氣動數據結構的基礎上提出了相應的數據庫架構和實現路徑，并對氣動數字樣機的具體應用方向做了預先研究，為飛機氣動數字樣機的真正實現和部署提供了一個可行的思路。顯而易見，氣動數字樣機可以使氣動數據管理變得科學、規范和高效，能顯著地提高氣動設計的效率，具有很好的應用前景。

參考文獻

[1]數據結構（C語言版）[M].清華大學出版社，1997.

[2]飛機設計手冊（第六冊）[M].航空工業出版社，2002.

[3]C#3.0從基礎到項目實戰[M].化學工業出版社，2010.

[4]SQL寶典[M].電子工業出版社，2003.

作者簡介：田平（1983-），男，廣東省珠海市人，工作單位：中航通飛研究院有限公司，職務：主管設計師，研究方向：飛機氣動設計。