气动力系数表插值扩充

概述

对气动力系数表（马赫数 × 攻角矩阵）沿攻角轴进行分段线性插值，按用户指定的角度步长扩充每个马赫数下的系数数据，输出高分辨率的 Excel 表格。

适用于飞行器气动特性分析、飞行仿真建模、气动数据库生成等工程科研场景。

何时使用

用户提供气动力系数表（Excel 格式），希望按指定角度精度插值扩充
用户提到"气动系数插值"、"攻角细化"、"气动力表扩充"等关键词
用户提供的数据表攻角间距较大（如 5°、10°），需要更密集的数据点（如 1°、0.5°）

工作流程

步骤 0：展示样例表格并讲解使用方法（首次使用时必须执行）

当用户首次使用此 skill 时，先向用户展示以下样例表格和使用说明，帮助用户理解输入格式要求和脚本能力。

样例输入表格

以下是一个标准的气动力系数表（以 Cx 为例），用户需按此格式准备 Excel 文件：

Ma\α(°)     0        5        15       25       30       35       40
0.01    0.1708415  0.1738513  0.1940109  0.2278459  0.2815072  0.3525405  0.420867
0.6     0.1510152  0.1536513  0.1720838  0.2028383  0.2511870  0.3144029  0.3739929
0.8     0.1303607  0.1327847  0.1500557  0.1787498  0.2235635  0.2816688  0.3357442
1       0.3692863  0.3715588  0.3877491  0.4145242  0.4560756  0.5095450  0.5588027
1.5     0.2932030  0.2953644  0.3101003  0.3342797  0.3714780  0.4188571  0.4621356
3       0.1970106  0.1992528  0.2106456  0.2288458  0.2561158  0.2902235  0.3217658
4       0.1533180  0.1556511  0.1652966  0.1804163  0.2027373  0.2304416  0.2566309
5       0.1195941  0.1219171  0.1300779  0.1426423  0.1609334  0.1834968  0.2053532
6       0.1012828  0.1035149  0.1104233  0.1209071  0.1359460  0.1544492  0.1727605

格式要点讲解

向用户说明以下要点：

首列为马赫数（Ma），必须是数值（如 0.01, 0.6, 1, 1.5 等）
首行为表头：第一个单元格是标签（如 Ma\α(°)），后续单元格为攻角数值（如 0, 5, 15, 25, 30, 35, 40）
数据区：每个单元格为对应 (Ma, α) 的气动系数值
攻角无需等间距：上例中 0→5→15→25→30→35→40 的间距分别是 5°、10°、10°、5°、5°、5°
多系数处理：不同系数（Cx, Cy, Cz）可放在不同 Sheet 中，也可在同一 Sheet 内分块（用空行分隔，上方加系数名标签行）
精度自动匹配：脚本会自动检测输入数据的小数位数，输出保留相同精度。无法检测时默认保留 6 位小数。也可用 --precision N 手动指定

插值效果演示

以 step=1° 对上例插值后，攻角从 7 列扩充为 41 列：

原始:  α = [0, 5, 15, 25, 30, 35, 40]          → 7 个数据点
扩充:  α = [0, 1, 2, 3, ..., 38, 39, 40]       → 41 个数据点

每个新攻角处的系数值通过分段线性插值计算。例如 α=1° 处：

Cx(Ma=0.01, α=1°) = 0.1708415 + (0.1738513 - 0.1708415) × (1-0)/(5-0) = 0.1714435

使用方法说明

告知用户只需提供三样东西：

Excel 文件：包含气动力系数表
插值步长：如 1°、0.5°、2° 等
（可选）输出文件名：不指定则自动命名

然后告知用户脚本会自动完成：格式检测 → 精度识别 → 分段线性插值 → 输出 Excel

步骤 1：确认输入信息

收到用户请求后，确认以下三项关键信息：

| 参数 | 说明 | 示例 | |------|------|------| | 输入文件 | 包含气动力系数表的 Excel 文件路径 | Cx_data.xlsx | | 插值步长 | 攻角插值步长（度），必须为正数 | 1.0、0.5、2 | | 输出文件 | 输出 Excel 文件路径（可选，默认在输入同目录） | Cx_expanded.xlsx |

如果用户未明确步长，询问用户期望的角度精度。常见选择：1°（标准）、0.5°（高精度）、2°（粗略）。

步骤 2：检查表格格式

读取输入文件前，确认表格符合支持的格式。核心格式要求：

首列：马赫数值（如 0.01, 0.6, 0.8, 1, 1.5, ...）
首行：表头标签（如 Ma\α(°)）+ 攻角数值（如 0, 5, 15, 25, 30, 35, 40）
数据区：每个单元格为对应 (Ma, α) 的气动系数值
攻角无需等间距
多个系数可在不同 Sheet 或同 Sheet 内分块（空行分隔 + 系数名标签行）

详细格式说明见 references/table_format_guide.md。

如果用户的数据格式不符（如转置表格、合并单元格、多级表头等），先将数据整理为标准格式再运行脚本。

步骤 3：运行插值脚本

使用 managed Python 环境运行脚本。依赖 openpyxl 和 numpy，需确保已安装：

# 安装依赖（仅需一次）
C:/Users/Lenovo/.workbuddy/binaries/python/versions/3.13.12/python.exe -m pip install openpyxl numpy

# 运行插值（基本用法）
C:/Users/Lenovo/.workbuddy/binaries/python/versions/3.13.12/python.exe "<skill_dir>/scripts/interpolate_aero_coefficients.py" <input.xlsx> <output.xlsx> <step>

# 启用线性外推（超出原始攻角范围时使用端点斜率延伸）
C:/Users/Lenovo/.workbuddy/binaries/python/versions/3.13.12/python.exe "<skill_dir>/scripts/interpolate_aero_coefficients.py" <input.xlsx> <output.xlsx> <step> --extrapolate

# 仅处理指定 Sheet
C:/Users/Lenovo/.workbuddy/binaries/python/versions/3.13.12/python.exe "<skill_dir>/scripts/interpolate_aero_coefficients.py" <input.xlsx> <output.xlsx> <step> --sheet Cx

# 同时导出 CSV
C:/Users/Lenovo/.workbuddy/binaries/python/versions/3.13.12/python.exe "<skill_dir>/scripts/interpolate_aero_coefficients.py" <input.xlsx> <output.xlsx> <step> --csv

# 手动指定输出精度（覆盖自动检测）
C:/Users/Lenovo/.workbuddy/binaries/python/versions/3.13.12/python.exe "<skill_dir>/scripts/interpolate_aero_coefficients.py" <input.xlsx> <output.xlsx> <step> --precision 6

其中 <skill_dir> 为本 skill 的安装路径，通常为：

用户级：C:/Users/Lenovo/.workbuddy/skills/aero-coefficient-interpolation

步骤 4：验证并交付结果

脚本运行后检查控制台输出，确认：

每个 Sheet 检测到几个数据块
原始攻角列表和扩充后攻角数量是否正确
马赫数行数是否完整
检测到的精度（控制台会输出 Precision: N decimals）
输出文件已成功生成

将输出 Excel 文件交付给用户，并简要说明扩充前后的数据规模变化和使用的精度。

精度规则

输出小数位数按以下优先级确定：

--precision N 参数（最高优先级）：用户手动指定时，所有数据块统一使用该精度
自动检测输入精度（默认）：脚本扫描每个数据块的系数值单元格，通过以下方式检测小数位数：
- 优先读取 Excel 单元格的 number_format（如 0.0000000 表示 7 位小数）
- 若 number_format 为 General，则从数值的字符串表示中计算小数位数（如 0.1708415 → 7 位）
- 取该数据块内所有单元格的最大小数位数作为该块的输出精度
默认 6 位小数（兜底）：若无法从输入中检测到有效小数位数，使用 6 位

不同数据块（如 Cx 和 Cy 在不同 Sheet 中）可以有不同的精度，各自独立检测。

脚本参数

| 参数 | 必填 | 说明 | |------|------|------| | input | 是 | 输入 Excel 文件路径 | | output | 是 | 输出 Excel 文件路径 | | step | 是 | 插值角度步长（度），正数 | | --extrapolate | 否 | 启用线性外推（默认不外推，仅在原始攻角范围内插值） | | --sheet | 否 | 仅处理指定 Sheet | | --csv | 否 | 同时导出 CSV 文件 | | --precision | 否 | 手动指定输出小数位数（覆盖自动检测，默认自动检测输入精度，兜底 6） |

输出说明

输出文件为 .xlsx 格式，保持与输入相同的 Sheet 结构
每个数据块扩充为更密集的攻角列
表头行和马赫数列有蓝色底色加粗样式
首行首列冻结，便于滚动查看
系数值小数位数与输入表格一致（自动检测），无法检测时默认 6 位
攻角值保留 6 位小数
可选 --csv 参数同时导出 CSV 文件

注意事项

脚本仅沿攻角轴插值，不改变马赫数行数
若原始攻角范围外需要数据，使用 --extrapolate 参数（基于端点斜率线性外推一个步长）
多个气动力系数（Cx, Cy, Cz）建议分别放在不同 Sheet 中，Sheet 名使用系数名称
插值精度取决于原始数据质量和步长选择；步长过小不会增加真实信息量，仅增加数据密度
精度自动检测基于输入数据的实际小数位数，若输入数据精度不统一（如混合 6 位和 7 位），取最大值