OPTIMAL DESIGN AND AERODYNAMIC CALCULATION OF WING CONFIGURATION OF CIVIL AIRCRAFT

An effective method of optimal design of wing configuration is provided. The SUMT (sequential unconstained minimization technique) method is a good technique for solving the nonlinear programming. The application of penalty in optimal design of wing configuration has been solved well. The present method for the aerodynamic calculation is the combination of both the nonlinear panel method and the suction analogy method of vortexlift spanwise distribution on large swept wing-tip. The calculation results are in good agreement with experimental data. According to the computation and experiment,the mechanism of the increased lift and reduced drag about the sheared wing-tip wing has been analyzed, and some opinions of interest are proposed.

面向声爆/气动力的飞行器布局设计知识挖掘

声爆抑制是发展新一代超声速民机必须突破的关键技术。飞行器总体布局参数对其声爆特性有重要影响。数据挖掘(DM)可以从大量的数据中通过算法搜索隐藏的信息,是飞行器设计知识提取的有力工具。选取后掠角、展弦比、梢根比、上反角、机身长细比5个总体布局参数作为设计变量,目标函数定义为远场感知噪声级,同时计算升、阻力系数作为气动力衡量指标。基于总变差分析(ANOVA)、决策树算法、自组织映射(SOM)网络组成的数据挖掘体系提取低声爆设计知识库。获得所选设计变量与声爆/气动力的相关度,并实现对设计变量的分层与降维。后掠角有最高设计优先级,长细比、上反角重要程度次之,展弦比与梢根比为低敏感变量。对于算例中的飞行器,在合理区间内选择较大的后掠角、上反角能够使声爆最小化的同时,设计适于超声速巡航的小展弦比布局。

基于系统工程的民用飞机系统接口设计与控制方法研究

民用飞机系统的接口承接了功能、性能和物理空间的需求。系统接口的设计与控制是民用飞机机载系统、子系统和设备的重要设计工作之一。基于系统工程思想,以机载系统、子系统及设备接口定义和设计的相关需求为输入,以机载系统研制阶段为基础,提出了一种基于接口设计需求、层级化的接口定义与设计方法,以及同层级、上下层级间接口的控制策略。结合某民用大气数据子系统,以电气接口的设计及控制为典型案例,介绍了接口设计与控制的具体实践,为民用飞机机载系统、子系统及设备多种类型接口的设计与控制提供了工程实践性参考。

流线型民用飞机机头外形的参数化设计方法研究

民用飞机机头设计是飞机设计的亮点和难点,流线型机头设计已然成为一种趋势。由于其约束条件复杂、型号进度紧张,设计难度较大。这里研究了一种参数化机头设计方法,区别于传统参数化,本方法不是简单直观地定义产品外形参数,也不是仅依靠单一约束来评判设计好坏,而是采用系统工程理念,全面捕获各类需求并综合权衡,聚焦于在复杂约束中提炼并自定义影响飞机整体性能的参数,形成了一套完整的优化设计方法。使用本方法设计出的机头外形方案通过了CFD计算和风洞试验选型验证,确认了该方法的可行性,极大地缩短了机头优化选型时间。

考虑阻力发散约束的机翼气动/结构多点优化设计

以阻力发散性能为约束,使用基于离散伴随的梯度类优化设计方法对某远程宽体客机机翼/机身/平垂尾/发动机构型进行了气动/结构的机翼多点精细化设计。使用DLR-F6翼身组合体构型对建立的气动/结构耦合数值求解方法进行了验证。对某远程宽体客机构型进行了气动/结构机翼优化设计。优化结果各设计状态的阻力系数均有所减小,巡航状态阻力系数减小13.67 counts,Ma为0.87的设计状态较Ma为0.85的设计状态阻力系数差量由28.52 counts减至18.98 counts,阻力发散性能得到明显改善。将气动/结构多点优化结果与气动学科巡航单点优化结果和结构学科巡航单点优化结果进行了对比。结果表明:相较于单学科单点设计问题,考虑阻力发散特性的气动/结构多点优化设计可以充分挖掘构型设计潜力,得到综合性能更好、工程实用性更强的设计结果。

民机翼身融合布局发展分析与展望

未来航空业对经济、环保的要求越来越高,翼身融合(BWB)布局因具有巡航效率高、飞行噪声低等优势成为未来民机的理想解决方案之一,并受到国内外广泛关注。本文简要梳理了国内外翼身融合布局技术的发展历程、主要进展,分析归纳了翼身融合布局技术的优势和挑战,总结了主要关键技术,提出民机翼身融合布局设计需进一步收敛、市场和商业前景需细致评估的发展思路建议。

民用飞机驾驶舱系统设计与综合集成的思考

本文简述了民用飞机驾驶舱技术及机组任务的发展与演变,阐述了现代民用飞机驾驶舱高度复杂、高度集成及高度关注人因的特性特点,从“以人为中心”的驾驶舱设计理念出发,提出了驾驶舱设计体系和系统工程正向设计流程在驾驶舱集成中所发挥的重要作用,并重点对驾驶舱机组综合告警、人机接口与机组操作程序设计、人为因素的设计及适航验证等几个方面进行了重点阐述,以期为民机驾驶舱设计研制与后续发展提供参考。

基于工业互联网的民机研发数字化环境探索应用

随着航空制造业竞争的不断加剧,民机产品研制面临复杂度增加、研制成本和研制周期大幅压缩的挑战。从民机研发设计端的业务特点出发,利用工业互联网通用体系架构,探索搭建民机研发的数字化环境方法,基于云计算技术、物联网技术、工业软件服务化技术、基础环境服务化技术等数字化转型关键技术,提出基于工业互联网的数字化环境架构,并以飞机上某型号副翼操纵系统研发为应用场景,分析数字化设计环境中的关键技术应用,探索实践数字化环境架构应用对研制效率提升、优化资源利用、降低数据管理风险等方面的提升,实现推进民机研制产业数字化赋能改造提升,为推进信息技术与航空制造业融合发展的数字化转型升级提供参考,为后续的民机研发数字化环境建设发展提供借鉴。

超声速低声爆布局分层优化方法

声爆抑制是发展新一代超声速民用飞机必须突破的关键技术,总体布局参数的合理设计可以使飞行器具有良好的声爆特性。为了提高全局进化算法在布局设计中的优化效率,提出一种基于数据挖掘的分层优化方法,利用数据挖掘中的决策树算法提取设计知识,获得设计变量分层信息,指导低声爆布局分层优化;针对某超声速低声爆飞行器,选取后掠角、上反角、展弦比、梢根比、长细比作为设计变量,开展分层优化数值实验,并与一体化优化方法进行对比验证。结果表明:分层优化方法能够搜索到与一体化优化方法高度吻合的最优解,分层优化方法的收敛速度显著高于一体化优化方法,且对随机寻优历程的表现更稳健。

基于安全性分析的民用飞机襟翼倾斜探测设计

基于安全性分析与评估的民用飞机复杂机载系统的设计是现代民机设计中的一个难题,民用飞机襟翼倾斜探测对飞机飞行安全具有很大影响,通过对襟翼倾斜探测的安全性评估,给出了一套基于安全性分析的设计理念和设计流程,并对能够满足襟翼倾斜构架的两种襟翼倾斜方案进行了权衡和评估。预计基于安全性分析的民用飞机复杂机载系统设计将会越来越成熟地应用于民机系统设计中。

民用飞机客舱地板滑轨结构研究

客舱地板结构是民用飞机机身结构的重要组成部分,其中滑轨结构与客舱地板横梁连接,是比较关键的结构,直接承担着飞机旅客载荷以及座椅的载荷。首先介绍说明了民用客机地板结构的受力情况,其次针对目前国际典型机型的客舱地板滑轨结构形式、材料选材以及滑轨与横梁的连接形式等内容进行了分析说明,给出了各机型客舱滑轨结构形式的结构特点,再者从民用飞机客舱的滑轨冠部的设计、滑轨上缘条的设计以及滑轨高度的设计三个方面对客舱滑轨结构设计进行了分析与说明,给出了民用飞机客舱地板滑轨结构设计分析的要点和一般方法。最后对民用飞机客舱地板滑轨结构设计方案进行了总结归纳与分析,为民用飞机客舱地板滑轨结构设计提供参考和借鉴。

面向民机制造业的混合云数据架构

数字化技术的变革不断推动传统制造业走向数字化、智能化。民机行业作为高端复杂制造业,具有研制周期长、业务高度集成、全球供应商协同等特点,民机制造业数字化转型是引领我国制造业走向世界前列的历史机遇。数据数字化转型的核心,也是企业的核心资产。以某飞机制造企业为例,根据民机制造业特点,给出混合云数据架构设计框架。从业务需求引领的领域建模得到业务模型,依此构建数据模型和微服务独立开发,设计混合云数据架构,形成需求明确、业务拆分合理、服务开发和部署轻捷的完整闭环。在此数据架构下,初步对13类问题和12个核心子系统进行数据治理,取得6个数据库、9900张表对象等数据资产,治理效果明显。

基于民机强度设计的有限元模型对比研究

该文针对民机强度设计流程提出一种快速迭代优化的设计思路。通过自然网格有限元模型、整体有限元模型及细化网格有限元模型的建模方法及特点,对计算结果进行内力传载对比分析,分析结果表明整体模型精度和准确性满足设计要求。由于整体有限元模型修改方便快捷,相对于民机自然网格有限元模型和细化网格有限元模型,其建模效率大大提升,可以快速地在方案设计阶段进行迭代优化工作,为民机强度设计周期节约很多时间。

民用大飞机商务舱座椅舒适性设计研究

为民用大飞机在疫情后快速发展中提升商务舱座椅的体验感需求进行研究,提高商务舱座椅舒适性的设计。分析了FBS模型设计的关键技术与方法,总结了座椅设计的流程。以民用飞机商务舱座椅设计为例,采用项目反应理论模型探究商务舱座椅设计舒适性的相关因子,梳理座椅设计和IRT模型的相关理论,挖掘用户需求。提出基于IRT理论与FBS模型相结合的民用大飞机商务舱设施创新设计方法,有效满足商务舱乘客服务、娱乐多样化的商务舱座椅需求,提高我国飞机制造业核心竞争力。该方法可为现有民用大飞机商务舱座椅设施各部位优化的设计创新研发提供参考。

基于统计的民用飞机签派可靠度计算方法研究

签派可靠度是表征民用客机整机可靠性的关键参数,也是影响飞机原始设计的重要技术参数。本文采集了航空公司实际统计的机型延误率数据,根据延误率和签派可靠度的映射关系,从民用飞机设计角度入手,首先提出飞机初期设计阶段的7个设计参数,对延误率与设计参数进行相关分析,得出相关度最大的前3个设计参数,建立了签派可靠度与3个飞机原始设计参数之间的多元回归模型,对民用飞机的签派可靠度进行预测,并用A320现役飞机和C919国产大飞机进行实证,预测模型合理,预测精度较高,可以为我国民用飞机整机签派可靠度的预测奠定理论基础和数据支撑,同时签派可靠度的预测模型可以为民用飞机的结构设计提供数据参考。

大飞机全生命周期成本估算方法和控制策略研究

DFC(Design For Cost)是DFX方法的一个分支,是指在满足用户需求的前提下,尽可能地降低成本,通过分析和研究产品制造过程及其相关的销售、使用、维修、回收、报废等产品全生命周期中各个部分的成本组成情况,在进行评价后,对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改,以达到降低成本的设计方法。文中从DFC的角度提出大飞机的经济性必须依靠设计中的全生命周期成本(Life Cycle Cost,LCC)估算、全面成本管理和PLM,DFX,CRM等相关软件的综合应用来实现,分析了民用飞机的成本特征(起飞质量、发动机静推力和机翼面积等)和LCC估算方法(类比、神经网络和详细估算等方法),并给出了一个包括波音和空客民用飞机数据的采用BP神经网络进行LCC估算的实例。

高经济性静音中航程民机设计方法讨论

人们已愈来愈重视工业产品对环境的影响。人们直接感受民机对环境的影响首先是机场周边的噪声。静音飞机预案的研究目标是设计一种飞机,在机场周边听不见其响声,且油耗和排污指标优于现有的和正在设计的其他飞机。通过介绍SAX(Silent Aircraft eXperiment)三代概念机的研究进程,讨论了静音飞机设计的方法和使用的关键技术,包括具有一定准确度的快速翼身融合体准三维设计方法;具有最佳中央体外形的融合体气动外形设计;可平滑下弯的外翼前缘和后缘刷;分布、埋入式多风扇可吞吸边界层的发动机组;喷口截面可变的推力矢量喷管;先进的隔音衬管;整流的起落架等。最终的概念机SAX-40实现了在机场周边的最大噪声计算值为61 dBA,接近于稠密居民区的背景噪声,且使机场周边的人们不易感觉到飞机的起飞/进场。其油耗经济性亦达到了124座-哩/加仑的优异指标。

大型民机机身结构适坠性仿真分析

采用非线性有限元法,在MSC.Patran软件平台上建立了波音B737飞机全尺寸机身结构段垂直坠撞的动力学仿真分析有限元模型,并采用MSC.Dytran软件的显式积分求解器对该模型的结构冲击动力学响应进行计算求解。仿真分析结果输出了机身结构的变形过程,座椅导轨和机身框的加速度响应,分析结果与B737全尺寸机身结构段坠撞试验数据进行了对比。结果表明,考虑了乘员、行李和前后加强横梁的有限元模型所计算得到的座椅过载和机身框结构的过载与试验实测数据具有良好的一致性。该动力学建模分析方法可为大型客机机身结构的抗坠撞设计与分析提供参考。

面向客机总体设计的涡扇发动机分析模型

建立一种用于估算涡扇发动机特性的工程分析模型,该模型以涡喷发动机推力估算模型与涡扇发动机效率分析方法为基础,引入高涵道比涡扇发动机的循环分析方法进行修正。利用该模型可以获取涡扇发动机的推力和油耗特性,进而考察总体循环参数对发动机性能的影响。通过与文献验证数据对比,判定了分析模型的精度。该模型只需要输入少量参数就可以快速完成计算过程,适合于飞机总体设计阶段,可以评估涡扇发动机参数对飞机性能的影响。

大型民机双作动筒式前轮转弯操纵系统设计与仿真分析

为了提高飞机起降性能,当前飞机起落架逐步发展为采用电传操纵技术。而为了满足对低速大转角机动和大转弯力矩的要求,现代大部分大型民机都装配了双作动筒式前轮转弯系统。本文以大型民机的双作动筒式电传前轮转弯操纵系统为研究对象,针对双作动筒式前轮转弯机构设计一种随动转阀式换向阀,以满足其在死点位置时液压源换向的要求;随后基于双作动筒式前轮转弯系统对操纵控制的要求,设计了集手轮低速大角度转弯、脚蹬快速小角度转弯以及减摆功能于一体的飞机前轮操纵电液伺服系统,并建立仿真模型,进行动态仿真分析,以检验系统的各项功能。仿真结果表明,系统能够满足工程使用的要求。