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使用ONLYOFFICE估算飛機的翼載荷大小

2022-12-09 22:40 作者:王斃立  | 我要投稿

書接前文:

力大磚飛


飛機性能參數


我們簡單講評了推重比 HP/Weight Ratio這個參數,這里繼續(xù),探討一下 Wing Loading翼載荷這個數據。

概念

推重比是沒有量綱的純數據,而翼載荷是有量綱的有物理意義的概念,如上圖所示,分子是質量,單位是千克 kg,分母是面積,單位是 m^2,是用飛機的重量比上機翼面積,這個比值表示飛機的機翼相對于機身的大小,翼載荷越大,說明翅膀越小,比如那些飛的特別快機翼后掠角很大的戰(zhàn)斗機,翼載荷越小說明翅膀越大,比如那些低速性能好機動性強的飛機。

當然,本文純屬架空,不涉及地球上人類科技文明的任何人造飛行器,與人類任何國家都毫無關聯,不涉實事,本文所研究的是遙遠的Jundroo星球,也就是簡星球上的技術文明,懂的都懂。

規(guī)則

在J星上的飛機,計算翼載荷所用的重量,是滿載起飛重量 Loaded Weight,和空重 Empty Weight有什么區(qū)別呢?滿載起飛重量是在飛機設計編輯環(huán)節(jié)造出來的飛機重量,而空重是在空戰(zhàn)前拋掉副油箱然后,在空戰(zhàn)中耗盡所有彈藥,耗盡所有機載燃油后的重量,裸機的重量。

計算翼載荷所用的翼面積,就是上面截圖中的 Wing Area,這是J星軟件自動計算出來的,本不用咱們再計算驗證一遍了,但是為了理解J星氣動學,咱們可以手動計算驗證一遍,并且這里的計算方法可以應用到計算模型整體的俯視截面積、側向截面積、迎頭截面積以及任何零部件的指定方向的截面積,進而可以進行其它深入加工計算,懂的都懂,比如,我之前展示過,J星的這空天軟件,可以和地球上的空天軟件,比如RTD、VRF進行某種程度的數據集成

SP?RTD!——連載五

J星上的翼面積是飛機上所有的機翼零件的面積總和,算入機翼面積的僅限這4種機翼零件:

即使F/A-18主翼翼跟之前有翼身結合處的邊條翼也能產生升力,但是在J星上是不計算這里的升力的,僅具有外觀上模擬F/A-18的意義?;蛘邽榱俗龀鲆硇投跈C翼上做素體包膠模擬真實飛機的翼型,比如之前的圖文介紹的:

翼型產生升力之謎的理論物理學解釋——J簡星物理學

這里雖然做了很漂亮的機翼,但是在J星軟件里面是不計算這整塊機翼的面積的,只計算里面所包裹的上述4種機翼零件產生的面積。

還可以有堆疊搭在一起的機翼零件也不能面積僅計算一次而是要累加計算的,比如我的海陸空三棲跑車里面

限于車體體積限制以及為了美觀,將垂尾嵌入到車體內部,并且堆疊多個完全相同的垂尾在同一個空間位置,完全重合,以此來增加垂尾面積,使得J星該軟件在仿真飛行時候能獲得較大的垂尾面積,從而使得汽車有較好的航向穩(wěn)定性,對!我說過了,本文純屬架空,講評的是Jundroo星球的科技文明,這種嵌入式堆疊技術不適合于地球科技,在我們的世界里,這樣就是穿模的bug,就是會零件碰撞的!

生成三視圖

知道了這些規(guī)則了,才能正確的計算簡星飛機的翼載荷,就是F/A-18的所有機翼零件的總面積,打開這架飛機,切換視角為正投俯視圖:

為什么要選擇正投?因為普通的非正投模式下,截取三視圖是不精確的,會有變形,就是人類肉眼所看到的近大遠小的畫面效果,而正投模式下,視角就不是一個視點,而是一個視平面,一個寬度,離視平面距離不管遠近多少,寬度永遠不變,這樣就可以截取出精確的三視圖:俯視圖、前視圖、側視圖

然后適當縮放平移把主翼部分盡量填充畫面,截圖出來

插入表格文檔中

我們測繪求取一側的主翼面積即可,把這張圖片插入ONLYOFFICE新建的表格文件里面來測繪,注意看這個主翼的形狀,其實就是一條側邊是垂直的梯形,上下底邊和高都不用在表格里面數據擬合來測繪,直接在SP軟件里面測繪即可,但是,在xlsx表格文件里面計算是更為暴力計算的方式,可以測繪復雜外形的機翼,什么后掠翼、前掠翼、三角翼、雙后掠角機翼、變后掠翼機翼……如果你有耐心,也可以用表格文件擬合測繪外形復雜的驅逐艦的側面截面積。至于選擇哪一款Office軟件里面來創(chuàng)建xlsx表格文件來做測繪計算,那就是蘿卜白菜各有所好的問題了,這種操作是表格辦公軟件的基礎功能了,所有office軟件都可以使用的,這里我使用ONLYOFFICE為例。

從菜單中選擇 插入、圖片圖片文件,即可從電腦里面選擇上面所截取的正投俯視圖,插入的圖片默認是豎直向上的,一般的飛機的翼面形狀,是以飛機前后縱軸為橫坐標x來擬合機翼外沿的形狀曲線為縱坐標y值,所以把圖片向左轉90°


曲線初始化

先隨意造一些數據,后面再操作擬合

軸這一列就是飛機前后縱軸,雖然是橫軸X軸,但是并不需要均勻遞增,而是可以有隨意的稀疏變化,比如在外形變化緩慢的地方數據采樣較為稀疏,而在外形復雜的地方采樣較為密集,如上圖所示。

底端是翼跟的形狀,畢竟以機身縱軸為曲線擬合的橫軸X軸的話,機翼就不是緊緊挨著橫軸長出來的,而是長在機身右肋的,并且,機身的右肋并非必定是前后一般粗的,如果是超音速蜂腰修型的戰(zhàn)斗機,翼跟就是復雜曲線,并且在這個F/A-18戰(zhàn)斗機上,測繪大后掠角的水平尾翼就需要翼跟曲線上仰去外接尾翼外沿,相接到尾翼后尖端

第三列尖端就是機翼外沿的輪廓描邊數據了,先隨意寫一些無規(guī)律的數待用。寫多少行呢,就看形狀是否復雜,機翼外形比較簡單的可能五六個點五六行就夠了,而如果你想測繪驅逐艦側向雷達反射面積的話估計幾百個數據點行數都不夠。

先生成折線散點圖,選中這三列數據,包括第一行的文字說明,選中的狀態(tài)下,從菜單中選擇 插入、圖表、散點圖里面選擇一個

總共5種散點圖,第一種只有點沒有線連接,不選擇,第二、三種使用平滑曲線來連接各個測繪點,第四、五種使用直線段來連接各個測繪點,如果測繪的機翼外形是光滑曲線流線型的話,選擇第二、三種散點圖來擬合,比如協和飛機:

而對于F/A-18這樣線條剛硬的戰(zhàn)斗機來說選擇直線段散點圖

這時候的數據還是自己隨意寫的,然后就是慢工出細活了,一點一點的拿銼刀來挫,把這兩條曲線挫到機翼的外形形狀上面去。

把這個曲線圖設為透明放到圖片之上,然后就可以從對照著機翼圖片擬合曲線了

曲線的顏色、粗細、線形都隨意設置,與背景插圖的顏色有明顯對比方便辨認就好。

移動整張曲線圖使得曲線圖的橫軸x軸對正機體的前后縱軸:


描邊數據擬合

擬合數據點之前,先找出來各方向的最大值,也就是曲線橫縱xy坐標的最大值的具體米數:

我怎么知道翼尖就是6米處,而翼跟緣長4米呢?

查wiki上的F/A-18的參數

錯!應該查看J星該機的參數,見本文第一張圖里面的翼展 Wing Span,是 12.3米,那么翼尖的位置肯定就是 6.15了,翼尖確定了,翼根就不用找參考資料查看機體寬度了,直接數據擬合測量就行了,測量出翼根安裝位置是1.3米,機身胸部比腰腹部稍微寬一點,機翼的翼根的前緣稍稍插入了機身一部分,主翼安裝沒有旋轉角度,翼根邊緣是前后直向的,鑒于簡星氣動學里面嵌入機體內部的機翼也能產生升力的設定,這里擬合翼根零件的邊緣,前緣稍微插入了機身。翼根緣長度需要在SP中手動測量一下:

拿SP零件庫中的標準立方體,搭在機翼上,這種立方體的長寬高都是已知的0.5米,那我就可以拼接起來當作尺子來測量各種我想測量的尺寸,為了方便數格子的數量,用特色刷成紅白相間的格子,直接從這把建議尺子上量出來主翼翼根長度4米,那么,這里查出來的寬度6.15米長度4米是否正確呢?可以用眼睛觀察曲線圖里面的經緯線格子的形狀,橫軸縱軸都是每1米或0.5米繪制一根經線或者緯線,那么這些經緯線夠成的就應該是正方形,如果顯示為橫向或豎向的長方形,越不正就說明上一步測量的誤差越大或者上面有步驟環(huán)節(jié)里面的計算就完全是錯的,而這里的截圖顯示都是正方形的格子,說明我手工反向測繪的大黃蜂還是比較精準的,尾翼也測量如下

主翼形狀太過簡單,四個采樣點已經足夠,多余的點就不刪除了,直接設同樣的數值拉成直線即可:

然后就是面積求和了,每一個格子就是一個梯形,因此面積公式,見截圖所示,鑒于形狀過于簡單,就不計算每一個格子了,第二個微分面積就直接在最后一個采樣點和第二個采樣點之間計算:

最下一行的0,是因為F/A-18戰(zhàn)斗機的主翼后緣是平直的既沒有后掠角也沒有前掠角,垂直于機身側面,所以數據擬合后最后一行套用面積公式為0,這也驗證了上面所編寫的excel的這個公式用來求取采樣點之間包圍的微分梯形面積是正確的。

最下面再對S面積列進行求和,但是這單側主翼的翼面積了。尾翼才是稍微復雜一些的外形:

尾翼大后掠角,乃至翼根后緣位于翼尖前緣的前側少許,翼尖后緣有一個小的切角,底端折線和尖端折線相接于尾翼外緣后尖端,大黃蜂尾部收縮,尾翼的安裝也有一個后掠轉角,

因此底緣兩點的y坐標也擬合不同的數值,這樣尾翼的面積也就反測出來了,垂尾照此辦理,我就懶于再測繪了,目視和尾翼面積相當,把單側主翼、尾翼、垂尾面積加和后再乘以2,確實和軟件自身給出的翼面積相當,那樣也就能得到軟件自身給出的翼載荷性能數值了。

垂尾的面積測量計算需要注意外傾角的存在,需要在側視圖測量側向面積后再切換到后視圖測量一下外傾角,其實不用測量出外傾角,只需要測量出外傾角正切值后直接由正切值去計算出正弦值,由側視面積除以外傾角正弦值就是垂尾翼面積了。


大模型開發(fā)團隊作戰(zhàn)

大黃蜂這樣的戰(zhàn)斗機,一個人一天能描邊好幾架,然后搞復雜模型比如驅逐艦又會如何呢?美帝的豬姆沃爾特隱身驅逐艦:

側視雷達截面積采樣點估計得上四五百了吧,那么問題來了,五百個描邊測繪點需要一個人描10天的話,派倆個人描邊,是不是就只需要5天了?如果選擇WPS軟件來“協同”合作辦公的話,這個答案是錯的,倆個人描邊,還是需要10天!為什么呢?WPS所謂的云端共享協同辦公是這樣的使用場景:

注意看,這個姑娘叫小美,她的老板大壯給她很多的工作干不完要加班,但是到了下班的時間就趕緊拉燈轟趕小美回家加班,說公司要節(jié)電,小美在征得大壯的同意后,小美白天在公司干活的時候,就把文檔上傳到wps的云端,小美就只對云端存儲的這個版本文件進行編寫操作,小美甚至可以刪除自己本地端電腦里面的這個文件,這樣小美就可以按點下班了,個屁!這樣小美就可以每天上班時候打開命令行輸入如下命令來計劃執(zhí)行下午五點半下班時候電腦自動關機了:


然后小美回到家吃完晚飯后打開家里面的電腦,登陸小美自己的wps賬號,就能再次打開她云端的這個文檔,在下午下班時候暫停的地方繼續(xù)干活了。這是一個云端賬號在不同時候從不同的個人網絡設備訪問個人賬號下的網絡文檔進行干活的云端工作方式,這是wps最原始開發(fā)云功能的初衷,因此,后來延展出來的多人云端協作的工作方式就是,老板大壯也下班關機回家吃完晚飯打開自己家里面的電腦,上微信聯系小美,讓小美把wps云端文檔的共享連接通過微信發(fā)送給大壯,大壯用大壯自己的wps賬號打開一看,系統(tǒng)提示小美正在開著這個文檔編輯中,大壯只能只讀模式查看內容,大壯滿意便罷,如果大壯看著內容有不足之處想親自修改怎么辦呢?大壯還得微信給小美打電話,讓小美保存一下這個在線文檔關閉這個文檔,然后大壯再打開這個云文檔,才能進行修改,修改完了大壯再次給小美打電話告知他修改完了,在文檔里面提了很多修改意見,讓小美再打開繼續(xù)修改,如此等等。

WPS這種多人云端“協同”辦公的本質是多個人在不同的時候打開同一個文檔進行修改,因此豬姆沃爾特驅逐艦五百個描邊測繪點倆個人用WPS協作干活還是需要10天。而ONLYOFFICE的云端文檔的多人協同,是真的協同,是多個人可以同時操作修改同一個在線文件,這樣,小美可以描邊船體結構,而大壯可以描邊艦炮、艦島、雷達等結構,真正分工協作,同時干活,倆個人描邊豬姆沃爾特真的是5天完成,并且小美和大壯可以拋棄微信直接在ONLYOFFICE里面在線文字聊天。


尾聲

最后問題來了,如何通過數值特征來尋找潛在的雷達信號角反射點呢?如何在界面計算中加入角反射的增強作用呢?


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