柔性蒙皮力学性能数据库开发技术研究

聂珊珊，聂小华

(中国飞机强度研究所，陕西 西安 710065)

1 引 言

变体飞行器采用航空科学前沿技术，可变形柔性蒙皮结构设计是未来变体飞机设计的关键技术之一，通过科学研究与试验获得的可变形柔性蒙皮结构的各项力学性能参数是宝贵的设计资源。提高数据的利用效率，创新数据的利用形式，为变体飞行器设计提供数据支撑，是变体飞行器设计的重要环节。从工程应用的角度，创建柔性蒙皮力学性能数据库的目的是为了达到较高的数据查询和数据引用效率，有必要引入数据库完成对底层数据的组织和管理[1]。

本文通过研究现有数据库架构及形式，梳理了Oracle、SQL Server等关系数据库系统的特点和应用领域，针对此类操作复杂、维护成本高的问题，提出了基于SQLite数据库的二次封装技术，实现对可变形柔性蒙皮结构的各项力学性能参数的管理和调用。该数据库具有小巧、开源、易用、高效等特点，无需安装，维护方便，很大程度上减轻了开发技术人员的工作量[2]。

为了避免数据库交互导致的系统响应慢的问题，对SQLite数据库进行了轻量化处理，采用面向对象的程序设计思想，对SQLite二次封装为适合对外使用的类和接口[3]，采用主流的程序设计语言C++与Qt图像标准设计开发了柔性蒙皮力学性能数据库。在数据存储和安全方面，加入了智能信息评估效验方法，对用户新输入的数据进行检测，可以对数据中的全局特征以及系统性知识进行归纳。检测发现的异常数据反馈到界面，由用户进行确认，可以帮助用户在数据导入阶段进行数据完整性确认。以现有柔性蒙皮数据为例，进行了工程应用测试，数据库响应快速，交互方面完全满足工程需求。

2 架构设计

2.1 存储流程

SQLite所有信息包含在一个文件内，方便数据转移和备份，这也给数据的效验带来方便。在数据存储过程中(如图1所示)，考虑了基于数据特征的数据自效验技术，在数据库数据导入过程中，需要在分析数据的完整性后，方可批准存入数据库，主要包括主要物理数据和主要仿真数据的自检。自检完成后，该柔性蒙皮数据有效存储[4]，完成一次数据导入。

图1 数据存储流程

2.2 安全策略

有别于传统力学性能数据库的安全性要求，柔性蒙皮数据库由于结构的特殊性，其试验数据来源困难，力学性能试验成本较高[5]，该数据库强调数据的更高安全可靠。基于此，本文提出了一种自上而下的安全策略(如图2所示)。

图2 安全策略

顶层对数据进行备份存储，当数据导入数据库时，系统在客户端提示本次导入数据存储备份的分区和数据备份的次数。在提示窗口中，客户可以对备份的次数进行自定义。

底层的安全策略分别设置了以下权限：

登录权限：每个新用户需要在更高级的管理员授权下才能使用申请的登录账号对数据库进行一定的操作。

浏览权限：客户端的用户各有不同，根据客户的级别设置数据的浏览范围，设定的浏览权限根据账号申请和审批级别定义。

修改权限：只有数据库最高级别的管理人员才能对数据库进行修改，尤其是在关键数据导入方面，每次修改需经授权后方可操作。

下载权限：严格按照用户级别控制数据下载权限，即使具备下载权限的用户，每次下载也需逐级审批[6]，最大限度地保证数据安全。

3 数据结构设计

3.1 数据分析

柔性蒙皮力学性能数据库包含的数据主要由两个方面组成(如表1所示)：一是描述结构自身特性的物理参数，主要包括结构类型数据、结构几何参数、材料属性参数、力学性能测试数据等；二是在设计仿真分析过程中形成的仿真数据，主要包括数值仿真模型、数值分析结果、仿真结果云图、仿真分析报告等。

表1 数据构成

其中，结构类型指蒙皮结构的相关信息，包括结构名称和结构形式。结构几何参数主要描述该柔性蒙皮结构的外形尺寸，结构规模。材料属性参数包含原始材料的初始物理参数，例如弹性模量、泊松比等，同时包括结构形式的导出物理参数。力学性能测试数据是指该柔性蒙皮材料级试验件的物理试验结果，包含试验条件、标准试验件尺寸、试验环境等。

数值仿真模型是指该柔性蒙皮有限元分析模型的构建和单元划分规则、模型规模、编号规则等。数值分析结果是指该模型分析的不同外载边界条件及其响应。仿真结果云图是仿真分析结果的后处理形式，包括位移云图、应力云图等。仿真分析报告是仿真分析结果的总结文档等。

3.2 数据信息

本文提出了一个数据层次存储管理的办法来对柔性蒙皮力学性能数据进行高效管理：目录树。目录树是对数据进行分类的有效方法，即通过树形的层级关系来反映数据的分类及归属。系统会给定初始的目录树层级结构，用户也可以对其进行自定义[7]。以典型的柔性蒙皮构型为例，数据信息如表2所示。

表2 典型柔性蒙皮蜂窝支撑结构数据表

4 工程应用

柔性蒙皮数据库界面设计如图3所示，主要由目录树和显示区两组成部分。其中，目录树包括一级目录、二级目录等多级目录的形式，各级目录分别根据柔性蒙皮的数据信息列项，各列项的数据均可以在显示区展示，借此实现了对科学研究与工程试验获得的可变形柔性蒙皮结构各项力学性能参数的高效管理。数据库涵盖了柔性蒙皮结构性能指标体系，根据数据特征制订了结构性能的数据规范。数据库支持理论模型的参数计算、自定义蒙皮结构参数等功能，实现了结构性能数据资源的统一管理。

图3 数据交互界面

5 结束语

针对工程中对柔性蒙皮力学性能数据管理的实际需求，采用合理的数据库开发框架，以SQLite数据库为开发平台，提出了柔性蒙皮力学性能数据库的构建方法，考虑了基于数据备份和权限管理的安全策略架构。该数据库具有很好的扩展性，与其他软件的数据交互留有通用接口，应用过程中可以在线调用数据库资源，数据交互和存储具备很好的实用性和通用性。