客机概念设计阶段起降噪声预测及起降航迹影响分析

为了在客机概念设计阶段对起降噪声进行预测,在客机总体分析框架下开发了一套噪声预测程序,其中各噪声源预测采用半经验预测方法,起降航迹性能计算采用质点模型,发动机性能计算采用部件级分析模型。基于该程序,预测了某一宽体客机飞机噪声水平,并研究了减推力起飞和大角度进近对降低飞机噪声的效果,结果表明客机减推力起飞可以有效地降低客机飞越噪声;大角度进近可以有效地降低客机进近噪声。

考虑风场、雷雨区的下一代客机轨迹多目标优化

在考虑风场和雷雨区对民航客机飞行影响的情况下,针对提高客机飞行经济性和降低环境污染的问题,基于"下一代航空运输系统"的连续性飞行剖面,建立纵向飞行轨迹模型,并综合经济性和环保性两类目标,对客机纵向飞行轨迹进行优化。以一架类似于B737-800的客机为例,优化目标分别为直接使用成本、总温室气体排放量,及两者组合的多目标,优化状态分别为不考虑风场和雷雨区因素、考虑风场因素、考虑雷雨区因素。结果表明,风向为逆风时,客机在风场中的飞行最佳高度有所降低,进入风速较低的区域,从而减小阻力和油耗。但是由于此时飞机的地速变小,会导致飞行时间有所增加;顺风时情况恰好相反。而且算例表明优化方法对躲避雷雨区具有良好的适应性。

客机概念设计中多电系统应用的收益评估

为评估多电系统带来的收益,研究了常规系统客机二次能源系统功率需求估算方法以及采用多电系统带来的影响。以某宽体客机总体设计方案为例,估算了两种系统的功率需求,将飞机二次能源系统集成到客机综合分析平台中,对比分析了两种系统飞机的燃油经济性。结果表明采用多电系统飞机的轮挡油耗比常规系统飞机降低了1.15%。

大涵道比发动机通流短舱阻力特性修正数值研究

为准确获取大涵道比发动机气动特性,根据民用飞机研制需求,对民用干线飞机的发动机短舱三维流场进行数值模拟,对比了通流短舱和真实发动机短舱流场特征,分析了通流短舱的气动特性和阻力修正方法。结果表明:大涵道比发动机通流短舱的流场特征、气动力和真实发动机较为接近,但是由于发动机内流通道气动力一般计入推力和无法完全模拟发动机进排气效应,有必要对通流短舱进行考虑内部阻力在内的气动特性修正;通过对大涵道比发动机推阻力划分理论进行分析,获得了与真实发动机一致的通流短舱气动力分解方法,并可以较好地应用到通流短舱内部阻力修正上;通过对通流短舱阻力修正(含内阻修正和溢流阻力修正),在巡航状态下修正后的通流短舱与发动机动力短舱阻力特性差异降低了约46%;在高速巡航状态,阻力修正后的通流短舱气动特性可以更好地反映真实发动机工作的影响,但依然有必要对发动机动力喷流影响开展进一步的分析工作。

涵道比对大型客机经济性和环保性的影响

为了综合评估配装发动机的涵道比对客机的经济性和环保性的影响,建立了一套包括动力、几何、气动、质量、性能、经济性、噪声、排放分析模型的多学科分析流程.以典型宽体客机为应用算例,分析了不同涵道比(8~14)发动机对宽体客机经济性和环保指标的影响.综合分析结果表明:增大发动机涵道比有利于降低客机噪声和起降循环氮氧化合物污染物的排放;而发动机涵道比为11左右时,客机的现金使用成本最低,航线氮氧化合物污染物排放量最少.

基于经济性和环保性的下一代客机轨迹优化

针对提高民航客机飞行经济性和降低其对环境污染的问题,基于"下一代航空运输系统"的连续性飞行剖面,建立纵向飞行轨迹模型,综合经济性和环保性两类目标,对飞行轨迹进行了优化。以某型客机为例,优化目标分别为直接使用成本、总温室气体排放量以及两者组合的多目标,基于"下一代航空运输系统"的连续性飞行剖面,选用不同的航程进行了轨迹优化。结果表明,排放量受飞行高度的影响较大,而直接使用成本则对航时和油耗更为敏感。

氢燃料电池轻型飞机的能源系统方案设计

顺应绿色航空的发展趋势,本文以一种氢燃料电池电动轻型飞机为研究对象,开展了该型飞机的能源系统方案设计研究。该型飞机是一种两座轻型飞机,主要用于初级驾驶培训、私人交通、摄影、旅游观光等方面。采用氢燃料电池作为飞机的能源可减少私人航空带来的空气污染。1氢燃料电池能源系统设计方法在能源系统的方案设计中,首先要对能源供应链进行设计,然后确定飞机起飞所需的需用功率（即电机的最大功率）,之后进行燃料电池的选型和计算所需的氢气储备量。

翼身融合布局客机总体参数分析与优化

在翼身融合布局客机总体设计阶段,为评估设计方案的总体性能,建立了翼身融合布局客机总体参数综合分析与优化平台,该平台以翼身融合布局客机的几何参数为输入,完成动力、几何、重量、气动、性能和经济性等模块分析,并以此为基础建立优化设计模型。为快速评估设计方案的性能及优化设计效果,动力分析模块采用了部件级分析模型,重量分析模块采用半经验估算方法,气动分析模块采用面元法结合工程估算方法,性能分析模块采用简化运动学方法,优化模型采用可并行计算的子集模拟优化算法。以某555座级翼身融合布局客机方案为例,应用开发的分析与优化平台,完成了总体参数分析,结果表明分析模型合理。在此方案的基础上,以客机的外形参数和发动机海平面最大推力为设计变量,分别建立了以最大起飞重量最小为目标的单目标优化,以及同时以直接使用成本和进场速度最小为目标的多目标优化,单目标优化结果最大起飞重量降低了约7.17%,多目标优化结果表明直接使用成本降低8.77%的同时进场速度会增加3.32%。

基于适航符合性的翼身融合布局客机客舱布置设计

基于适航符合性,结合结构空间限制,从过道宽度、最大并排座椅数、应急出口布置、应急撤离、乘务员座椅布置、洗手间和厨房布置等方面,对某翼身融合布局客机方案的客舱布置开展设计,得到了382座典型两舱布置方案,该方案具有2对机头A型出口和4个机腹A型出口,4条纵向通道和5条横向通道。该布局可以满足适航标准对过道宽度、最大并排座椅数、应急出口类型、应急出口均布性、应急出口通路、乘务员数量、乘务员视界等相关要求。通过与座级相当的常规客机对比,该布局纵向和垂向空间舒适性较高,公务舱座椅排距约多出58%,靠近舱室壁板的乘客头部空间约多出4%~18%;但横向空间舒适性稍差。通过应急撤离仿真系统分析,该布局满足"90s应急撤离"要求。