(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211144794.X (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 罗明强　童遥　张祥林　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 金怡　顾炜 (51)Int.Cl. G06F 16/174(2019.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 一种燃油模型切片数据压缩系统及方法 (57)摘要 本发明涉及一种燃油模型切片数据压缩系 统及方法， 能够完成飞机飞行中燃油重心实时快 速有效的计算、 油箱模型自动化批量切分及重心 属性的获取、 燃油转输的重心控制律的辅助设计 及仿真等功能。 本发明包括快速切分及重心属性 获取模块、 重心实时快速有效计算模块。 快速切 分及重心属性获取模块能够完成对给定飞机油 箱方案进行油箱模型处理和切分， 得到各油箱对 应燃油模型的质量特性数据， 最后得到不同飞行 姿态下的燃油油量—重量重心曲线， 并形成数据 库； 重心实时快速有效计算能够快速的进行数据 提取和分析， 建立同时满足计算精度和速度要求 的计算模型， 得到飞机油箱燃油重心， 实现对燃 油转输基础信息 配置。 权利要求书3页 说明书10页 附图8页 CN 115374072 A 2022.11.22 CN 115374072 A 1.一种燃油模型切片数据压缩系统， 其特征在于： 包括快速切分及重心属性获取模块 (1)、 重心实时快速有效计算模块(2)； 所述快速切分及重心属性 获取模块(1)完成对给定的 飞机油箱方案， 进行油 箱模型处理和模型 的切分， 得到各个油 箱对应燃油模型 的质量特性 数据， 最后得到不同飞行姿态下的燃油油量—重量重心曲线， 并形成燃油质量特性数据库； 所述重心实时快速有效计算模块(2)用于单个油箱燃油重心计算建模和包含所有油箱的燃 油综合重心快速有效计算， 快速进行数据提取和分析， 建立同时满足计算精度和速度要求 的燃油重心计算模型， 得到飞机油箱燃油重心， 实现对燃油转输基础信息配置 。 2.根据权利要求1所述的燃油模型切片数据压缩系统， 其特征在于： 整机燃油计算重心 与理论上实际燃油重心的差值不超过燃油消耗时燃油重心变化前后限变化范围的10％； 重 心计算刷新 率不高于0.2s。 3.根据权利要求2所述的燃油模型切片数据压缩系统， 其特征在于： 所述快速切分及重 心属性获取模块(1)具体实现如下： 根据油箱有效的CATIA燃油模型， 输入传感器位置、 燃油泵位置、 放油阀位置、 通气口位 置4个计算要素以及俯仰角、 滚转角、 偏航角三个姿态角； 则姿态角通过飞机实际飞行姿态 角及三向过 载计算得 出， 并且油平面法向量表示 为： 其中， Nx、 Ny、 Nz表示飞机三向过 载， θ 为俯仰角、 φ为滚转角； 机体坐标系下法向量(A,B,C)对应的俯仰角 θ和滚转角φ分别为： 随后将油箱计算模型按照切片层数离散成微元， 并按切片从上往下进行切分， 并沿着 高度方向进 行油量、 重心、 力学性能计算分析， 并根据不同姿态角进 行存储， 形成油箱油量 ‑ 重心特性数据； 针对每个油箱的剩余燃油量及输入的飞行姿态参数 得到单个油箱的质心数据： Xcgfji||Ycgfji||Zcgfji＝fj(WFj余i,Ti) 其中， WFj余i为第i个时刻第j个油箱剩余油量； Ti为第i个时刻飞行姿态， Ti＝{Nxi,Nyi, Nzi, θi, ψi,φi}； Nxi为x方向过载分量； Nyi为y方向过载分量； Nzi为z方向过载分量； θi为i个时 刻飞机俯仰角； ψi为i个时刻飞机偏航角； φi为i个时刻飞机滚转角； Xcgfji、 Ycgfji和Zcgfji分别 为第j个油箱x,y,z方向的质心坐 标， fj(WFj余i,Ti)为其燃油质量特性， 形式为M ×N维表格， 表 现为多维曲线形式， 其数据来自燃油质量特性数据库； 则瞬时燃油系统质心计算 为： 其中， Xcgfi、 Ycgfi、 Zcgfi分别为瞬时燃油在x,y,z方向的质心坐标。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115374072 A 24.根据权利要求3所述的燃油模型切片数据压缩系统， 其特征在于： 所述重心实时快速 有效计算模块(2)具体实现如下： 针对任意一个过载状态， 可由数据库中抽取全部或部分fj(WFj余i,Ti)数据， 通过启发式 搜索算法选取初始参考状态点， 建立重心关于油面高度三次样条插值模型， 并利用模拟退 火算法对 插值模型进行优化， 具体如下： (1)参数初始化， 即设置相关的输入参数， 包括读取给定油箱的燃油重心数据文件并设 置插值节点个数 上限； (2)数据分组， 即根据 不同的姿态角组合( θ,φ)将油量 ‑燃油重心数据分成n组， 并分别 提取不同姿态下的油量 ‑燃油重心数据； (3)确定初始插值节点， 即对于第i组姿态角对应的油量 ‑燃油重心数据， 采用启发式搜 索算法确定初始插值节点W0， 并计算初始插值节点对应的目标函数Enorm0； 目标函数取为燃 油重心计算 误差向量2 ‑范数； 其中， i ＝1,2,…,n； (4)优化插值节点， 即在初始插值节点W0的基础上， 采用模拟退火算法进一步优化插值 节点， 通过内、 外循环的优化结构确定最终的插值节点W*和目标函数 其中， 内循环生 成新解， 并计算比较目标函数的增量ΔE， 外循环则通过设计降温系数避免陷入局部 极小并 最终趋于全局最优； (5)计算三次样条插值系数； 即以模拟退火算法输出的最终插值节点W*为最优解， 计算 所有输出维度Xcg、 Ycg、 Zcg对应的三次样条插值系数， 其中Xcg、 Ycg、 Zcg分别为最终的重心快速 计算模型在x,y,z方向的插值结果； (6)保存结果输出， 即自动保存最终插值节点、 插值系数计算结果， 生成对应的文件， 并 显示输出 所有输出维度Xcg、 Ycg、 Zcg最大计算 误差结果； 从而获得整个燃油系统的质心数据即可 得单个油箱燃油重心快速计算模型 可表示为： 其中， 分别为Xcgfji、 Ycgfji、 Zcgfji进行插值 运算后的质心坐标； 最后得到 燃油综合重心计算由重心计算公式： 其中， X为x方向的全机燃油重心坐标， Wj为油箱j某一时刻计算的到的最优油箱余量， Xj 为油箱j此时在x方向的重心坐标， W 为全机油箱余 量。 5.一种根据权利要求1 ‑4任意之一所述的燃油模型切片数据压缩系统的压缩方法， 其 特征在于， 包括以下步骤： 步骤S1、 切 分数据输入： 根据油箱的CATIA燃油模型， 输入传感器位置、 燃油泵位置、 放 油阀位置、 通气口位置4个 计算要素以及俯仰角、 滚转角、 偏航角三个姿态角； 步骤S2、 切分模块运行： 将模型数据化处理， 针对每个油箱设置切割模型、 切分步长、 切 分姿态角工况， 然后调用CATIA燃油模型进行切分， 完成油箱计算模型的切片处理； 在切片 处理后， 油 箱计算模型按照切片层数离散成微元， 并按油 箱计算模型切片从上往下进行切 分， 并沿着高度方向进 行油量、 重心、 力学性能计算分析， 并根据不同姿态角进 行存储， 形成权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115374072 A 3