大型运输机转场运输装载方法与流程

本发明涉及大型运输机转场运输装载方法，属于空运装载领域。
背景技术：
：大型运输机是我军实现快速反应、远程机动的主要工具，空运转场以其速度快、受地理条件影响小等优势，无疑成为首选应急转场运输方式。转场装载需要满足快速性、精确性要求，大型运输机优化装载方案能够充分利用运力，缩短准备时间，提高装载效能。由于转场物资数量多，规格尺寸复杂，需用大量集装箱，在装箱时，如何提高集装箱装载效率，减少所用集装箱数量，从而缩减转机架次是大型运输机装载优化存在的问题。此外，由于飞机重心对其操纵稳定性和飞行安全性有至关重要的影响，当重心超出设计范围后，将导致飞机无法平衡或难以操纵，而引发飞行安全，可能导致飞行事故，如何在提高装载效能的同时，保证飞机运输的安全性和性能稳定性，是大型运输机运输装载方案制定的核心问题。技术实现要素：为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种大型运输机转场运输装载方法，使用基于整数规划的空运装载优化方法，用于货物的集装箱装载方案设计，装载空间利用率高，同时对制定的装载方案进行装载后运输机的重量平衡控制优化，保证运输安全性和稳定性。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种大型运输机转场运输装载方法，包括以下步骤：步骤一、建立转运场数据库；步骤二、获取转场任务待装载信息及运输机信息：根据转场任务，调取转场任务数据库中的数据，并调整具体数据信息；从转运场数据库中提取待装载设备和物资的具体信息；确定运输机装载空间信息；步骤三、根据步骤二获取的待装载信息及运输机装载空间信息，制定装载方案：3.1对待装载货物制定装箱装载方案；3.2对完成装载方案制定的货物箱体以及待装载设备，制定整体装载方案：分别统计待装载设备及货物箱体的尺寸，计算运输机装载空间，制定整体装载方案；步骤四、运输机重量平衡控制装载优化：4.1确定运输机装载的重心限制；4.2计算装载重心：依次计算各货物重心及货物装载总重心，最后确定装载货物后全机重心；步骤五、根据步骤四优化后的装载方案绘制装载图，进行设备及货物装载。进一步地，所述步骤一建立转运场数据库包括以下步骤：1.1建立转运场设备及物资数据库，统计转运场设备信息及物资信息并分类存储在数据库中；1.2根据转场任务常见类型，建立转场任务数据库；1.3将步骤1.1建立的转运场设备及物资数据库中的数据链接至转场任务数据库中各对应数据模块内；1.4数据库更新：每次具体转场任务后，更新完善转场任务数据库中的数据。进一步地，所述步骤3.1对待装载货物制定装箱装载方案，包括以下步骤：3.1.1货物分类分组，即按照箱体装箱高度，以每种货物最大叠放数目分组，最后不足一组的记录剩余件数；3.1.2选择箱体的一条边进行整数规划，数学描述如下：式中，l为所规划边的长度，z表示整数，li,xi分别对应横装时第i种货物在该方向的尺寸和组数，wi,yi分别对应顺装时第i种货物在该方向的尺寸和组数，mi为第i种货物剩余的组数；3.1.3按照整数规划结果绘制箱体装载图，模拟装载，在更新剩余空间尺寸之后，选择箱体的下一条边再次进行整数规划，重复步骤3.1.2，直至放不下剩余货物。进一步地，所述步骤4.1当确定运输机装载的重心限制包括：4.1.1平均气动力弦飞机平均气动力弦是机翼的参考弦长，其长度为16.42m，平均气动弦的前缘点坐标为118.094m；飞机重心x坐标与平均气动弦百分比(％mac)的转换关系为：从平均气动弦百分比到飞机重心x坐标的转换关系为：4.1.2货物装载限制：全机重量重心必须位于重心包线的范围内；4.1.3货物重心限制：(1)飞机装载货物后的全机重量重心必须满足重心包线的要求；(2)货物总重心在货舱内的位置不得超出脊形“货物装载限制区”的范围；(3)当飞机装载双列货物时，左侧货物和右侧货物的总重量差不得超过15t。进一步地，所述步骤4.2计算装载重心，包括以下步骤：4.2.1计算公式：重量×重心＝力矩；飞机总力矩÷飞机总重量＝飞机重心；4.2.2货物重心计算方法：(1)确定货物重量；(2)通过计算确定重心；对于大型货物，按照下列公式计算：其中，x—支撑点到重心水平距离；l—两支撑点之间的水平距离；w1—货物一端测量出的重量；w2—货物另一端测量出的重量；w—货物总重量，w＝(w1+w2)；4.2.3货物装载总重心计算：假设已知各货物重量和货物自身重心，确定混装构型在全机坐标系中的总重心坐标，求解过程为：(1)己知货物自身重心，计算出每个货物在全机坐标系中的重心坐标；(2)各货物重量乘以全机坐标系下的重心坐标，计算力矩；(3)对步骤(2)的所有力矩结果求和；(4)将步骤(3)的结果除以各货物重量之和，得到混装构型货物x向总重心坐标；4.2.4装载货物后全机重心的确定：通过以下公式计算装载货物后全机重心：其中，xcg—飞机重心在x轴上的坐标，m；wi—重量，kg；xi—重心在x轴的坐标，m。本发明的优点在于：本发明建立数据库，对设备信息及物资信息分类存储，便于调取和统计管理；同时，本发明提出基于整数规划的集装箱装载方案优化方法，能够用于货物的集装箱装载方案设计，装载空间利用率高；不仅如此，本发明对运输机装载方案进行重量平衡控制，保证装载后运输机重心稳定，防止发生飞行运输事故，保障安全。附图说明图1为本发明大型运输机转场运输装载方法流程图；图2为本发明实施例1对待装载货物制定装箱装载方案装载图；图3为本发明设备及货物与货舱舱壁之间的间隙要求示意图；图4为本发明大型货物重心确定方法示意图；图5为本发明进行运输机重量平衡控制装载优化后绘制的装载图。具体实施方式以下结合附图进一步介绍本发明的技术方案：如图1所示，一种大型运输机转场运输装载方法，包括以下步骤：步骤一、建立转运场数据库：1.1建立转运场设备及物资数据库，统计转运场设备信息及物资信息并分类存储在数据库中：设备信息包括转运场内设备类型、设备尺寸、设备重量、设备运输要求等信息。对于常用军用物资，由于部队经常性空运装载物资种类变化不大，可以根据物资转场任务常见物资类型和数量以及物资常见类别，分类统计物资数据，在转运场物资入库前进行物资信息统计，然后将物资信息储存在数据库中，并将物资分类入库。物资信息包括物资种类数据，其包含军用物资常见的种类标识，例如生活物资、战训物资、日常保养物资等；物资尺寸及重量数据，其包含各统计出的物资尺寸、物资包装箱尺寸、物资净重以及物资包装重量；备注数据，其包含特定种类物资的运输注意事项以及特定标注等数据。1.2根据转场任务常见类型，建立转场任务数据库：所述转场任务数据库包括：转场任务类别数据模块、物资种类数据模块、人员需求数据模块、设备种类数据模块以及信息备注模块，各模块之间信息可以互相调取以及交叉存储；其中，转场任务类别数据模块中包含军用转场运输常见的任务类型标识；物资种类数据模块包含各任务类型下需要物资种类及各种类物资的数量；人员需求数据模块包含各任务类型下需要的人员属性和数量；设备种类数据模块包含各任务类型下需要的设备种类和数量；信息备注模块用于临时补充信息或对进行特定标注。1.3将步骤1.1建立的转运场设备及物资数据库中的数据链接至转场任务数据库中各对应数据模块内。1.4数据库更新，每次具体转场任务后，更新完善转场任务数据库中的数据。例如，增加或细化转场任务类型，根据转运场内设备或物资调整情况更改数据模块中的数据。步骤二、获取转场任务待装载信息及运输机信息：根据转场任务，调取转场任务数据库中的数据，并调整具体数据信息；从转运场设备及物资数据库中提取待装载设备和物资的具体信息；确定运输机装载空间信息；步骤三、根据步骤二获取的待装载信息及运输机装载空间信息，制定装载方案：3.1对待装载货物制定装箱装载方案：为了防止物资在转运途中破损，需要对物资进行打包装箱，于是空运装载问题可以简化为若干种类和数量不同的长方体(包装箱)装入一个包装箱/集装箱/方舱的问题，追求的目标是在若干约束条件下，体积利用率最大。本发明提出一种基于整数规划的装箱装载优化方法：3.1.1货物分类分组，即按照装箱高度，以每种货物最大叠放数目分组，最后不足一组的记录剩余件数。如果货物尺寸差别较大，则需要对货物先进行分类，先安排大件货物装箱，再安排小件货物插空放置。3.1.2整数规划：根据前述原则，选择包装箱/集装箱/方舱的一条边进行整数规划，数学描述如下：式中，l为所规划边的长度，z表示整数，li,xi分别对应横装时第i种货物在该方向的尺寸和组数，wi,yi分别对应顺装时第i种货物在该方向的尺寸和组数，mi为第i种货物剩余的组数。3.1.3按照整数规划结果绘制空间装载图，模拟装载，在更新剩余空间尺寸之后，选择包装箱/集装箱/方舱的下一条边再次进行整数规划，即重复第(2)步，直至放不下剩余货物。反复迭代呈现出的效果是货物尽量沿包装箱/集装箱/方舱四周摆放，从而保持剩余空间的完整性，有效避免了空间碎片化导致的利用率下降。该过程既可以用程序实现，也可以仅用计算机辅助完成整数规划，而人工进行排列和选择，极大提高了基层部队采用这种方法的可行性。(3)观察修正。完成全部装载方案优化后，修正剩余空间装载方案。3.2对完成装载方案制定的货物箱体(包含包装箱、集装箱、方舱)以及待装载设备，制定整体装载方案：分别统计待装载设备及货物箱体的尺寸，计算运输机装载空间，制定整体装载方案。保证设备及货物与货舱舱壁之间留有足够的空隙，如货物与货舱侧壁之间的距离不小于150mm，顶棚与货物间不少于150mm；空降机械师工作台与货物间不少于500mm；货物和密封舱门之间不少于500mm。货物与货舱的间隙要求如图3所示。设备、货物的装载布局需遵循以下原则：①大型设备分散装。转场物资中有许多体积大的设备(座椅吊车、发动机拖车等)，要将这些设备有计划地分散在不同架次运输机上，这样既可以避免某架运输机载重过大，某架运输机载重过大小影响运输机起飞；又可以保证运输重心在允许范围内。②小型设备填空装。转场物资中有许多体积小的设备(轮胎、减速伞、轮档等)，要将这些设备有计划地与体积大的物资搭配装载在同架次运输机上，这样既可以提高运输机装载能力，又可以保证运输重心在允许范围内。③笨重设备定位装。转场物资中有许多笨重的设备(发动机、方舱、航材集装箱等)，要将这些设备有计划地装载在运输机重心允许范围内，防止运输机重心超出允许范围。步骤四、运输机重量平衡控制装载优化：飞机重心对其操纵稳定性和飞行安全性有至关重要的影响，当重心超出设计范围后，将导致飞机无法平衡或难以操纵，而引发飞行安全，可能导致飞行事故。因此，必须对大型运输机制定的装载方案进行运输机重量彭亨控制装载优化，以确保飞机重心始终位于重心包线范围内，即保证飞机在所有装载构型起飞、飞行、着陆等各种使用状态下的全机重心均位于重心包线范围内。4.1当确定运输机装载方案时，应使其满足重心限制：4.1.1平均气动力弦飞机平均气动力弦(mac)是机翼的参考弦长，其长度为16.42m，平均气动弦的前缘点坐标为118.094m。飞机重心x坐标与平均气动弦百分比(％mac)的转换关系为：相反，从平均气动弦百分比到飞机重心x坐标的转换关系为：4.1.2货物装载限制为确保安全性要求，全机重量重心必须位于重心包线的范围内，所以对在飞机上装载的货物进行严格研制是非常必要的。4.1.3货物重心限制(1)飞机装载货物后的全机重量重心必须满足重心包线的要求；(2)货物总重心在货舱内的位置不得超出脊形“货物装载限制图”的范围；(3)当飞机装载双列货物时，左侧货物和右侧货物(由货物重心位置判断)的总重量差不得超过15t。4.2装载重心计算4.2.1计算公式重量×重心＝力矩；飞机总力矩÷飞机总重量＝飞机重心；(后轮重量×轮距)/车辆总重量＝车辆重心与前轮之间距离。4.2.2货物重心计算方法货物重心计算方法可以分为两大步骤：(1)确定货物重量；(2)通过计算确定重心。对于大型货物，如图4所示，按照下列公式计算得到：其中，x—支撑点到重心水平距离；l—两支撑点之间的水平距离；w1—货物一端测量出的重量；w2—货物另一端测量出的重量；w—货物总重量，等于(w1+w2)。4.2.3货物装载总重心计算假设已知各货物重量和货物自身重心，确定混装构型(指运输机内同时装载方舱、大型设备、集装箱、飞行器中的至少两种)在全机坐标系中的总重心坐标，求解过程为：(1)己知货物自身重心，可计算出每个货物在全机坐标系中的重心坐标；(2)各货物重量乘以重心坐标(全机坐标系下)，计算力矩；(3)对步骤(2)的所有力矩结果求和；(4)将步骤(3)的结果除以各货物重量之和，即得到混装构型货物x向总重心坐标。4.2.4装载货物后全机重心的确定(1)计算数据准备装载货物后的全机重心计算准备数据，见表1。表1全机重心计算准备数据序号项目名称重量(kg)x重心(m)1使用空机waxa2装载设备wbxb3装载物wcxc4燃油wdxd(2)通过公式计算装载货物后全机重心其中，xcg—飞机重心在x轴上的坐标，m；wi—重量(取自分设备的重量数据)，kg；xi—重心在x轴的坐标(取自分设备的重心数据)，m。步骤五、根据步骤四优化后的装载方案绘制装载图，如图5所示，进行设备及货物装载，并在装载后进行观察调整，人工完成剩余空间的装载利用。实施例1集装箱规格为长5905mm，宽2350mm，高2392mm，待装货物信息如表2所示，货物每个面都可以作为底面放置。表2待装载货物规格和数目1号和4号类型的货物规格尺寸相同，合并到一起能使问题简化，合并后分组如表3所示。表3货物分组表采用基于整数规划的装载优化方法可以装载1号和4号货物8组，2号货物28组，3号货物69组，5号货物27组，6号货物10组，装载平面图如图3所示。由于1号(含4号)货物不足8组，零散货物11个，因而空余4个货位，同理，2号货物空余4个货位，6号货物空余1个货位。但是，还有2个3号货物，5个5号货物未装箱。由于对大小货物叠放没有限制，并且注意到3号货物长、宽值均较小，而高度值较大，分组装箱后，集装箱内剩余高度不足以再放下3号货物，而3号货物分组装箱后，集装箱剩余高度250mm，足以在其上再放置1个5号货物，即在图2左侧，每2组3号货物上，足以叠放1个5号货物，30组3号货物，至少可以放下15个5号货物，因此5号货物可全部装入。而1号货物的4个空位上，完全可以放入2个3号货物。至此，货物全部装入集装箱内，并且还有富余空间，可以继续放入货物，装箱率达到100％。结果表明，基于整数规划的空运装载优化方法能够用于货物的集装箱装载方案设计，装载空间利用率高。不仅如此，该方法不涉及复杂的算法，操作简单，适合基层部队使用。实施例2假设混装构型的装载设备重量为3539.6kg，x向重心为17.70m，空机重量为85000kg，x向重心为20.59m，求全机x向重心坐标，过程详见表4。表4混装构型重量重心数据当前第1页12