概念设计阶段飞机起飞总重的估算

介绍了概念设计阶段飞机起飞总重估算的思路，特别是按照这种处理问题的思路提供了飞机起飞总重估算所用到的一个公式及其推演过程。公式是着眼于第三代／第四代飞机起飞总重估算建立的，当然适用于该类飞机起飞总重的估算。     

轻型通用飞机起飞总重估算方法研究

飞机的起飞总重是飞机的重要设计参数,概念设计阶段首先要做的重要工作之一就是确定飞机的起飞总重。以四人座低速活塞螺旋桨飞机为例,采用任务剖面法和商载航程法分别对起飞总重进行了估算,并对两种方法进行了修正,在此基础上,取两个计算结果的平均值作为最终的起飞总重估算值。通过与对比机型的比较,验证修正后的计算方法和结果是准确合理的,为通用飞机起飞总重的确定和选择提供了参考。     

考虑结构重量的机翼平面形状优化方法

采用工程梁理论对机翼结构进行估算,并结合气动力估算公式、飞行性能估算公式,构建了机翼平面形状优化系统。相比使用经验关系式估算重量的传统方法,考虑了短舱、起落架、燃油、自重载荷的影响,相对精确度较高。针对某宽体客机布局,展开考虑气动/结构重量的平面形状优化设计。采用若干几何特征对机翼平面形状进行参数化,通过气动力与结构重量耦合求解的方法,将气动特性与结构重量转化为飞机起飞总重这个设计目标,并使用遗传算法进行寻优。算例结果较原始构型起飞总重减少约174 kg,表明方法对飞机概念设计阶段快速确定机翼平面形状有一定的参考价值。     

基于改进模拟退火的航空器起飞质量估算方法

航空器起飞质量作为航空器性能的重要参数，对于提高离场轨迹预测精度具有显著效果。考虑到质量参数属于航空公司商业运营数据，难以通过公开渠道获得，提出一种基于历史轨迹数据的航空器起飞质量估算方法。利用航空器的全能量方程，考虑风的影响，根据航空器性能数据库（BADA）性能模型建立航空器起飞质量迭代模型，将禁忌搜索算法中的禁忌表功能引入模拟退火算法，应用改进算法对模型进行高效求解。以典型样本航班为例，估算起飞质量与真实质量的相对误差为2.91%；与BADA参考质量相比，采用估算起飞质量进行轨迹预测时精度得到了有效提高；对15种机型、26 724个航班进行起飞质量估算，所有航班估算质量的平均相对误差值为3.45%，占比97.67%的航班估算质量相对误差绝对值在10%以内。可见，所建立的航空器起飞质量估算方法可适用于大批量航班，为高精度轨迹仿真与预测工作提供了技术支撑。     

地效飞行器重量估算方法

根据地效飞行器(WIG)的特点确定了3类地效飞行器的任务剖面,分析其与一般飞行器任务剖面和相关性能的异同点以及重量估算方法的适用度。通过现有地效飞行器数据和资料的整理,研究其起飞重量与空机重量以及其他各项参数的统计关系。比照一般飞行器重量估算的燃油系数法,确定地效飞行器各任务阶段的燃油系数及其相关计算过程中选择参数的修正。通过数据分析计算起飞重量和空机重量估算中的线性回归值,形成适用于各类地效飞行器的重量估算方法及其推荐经验系数。验算结果证明,A类和B类地效飞行器重量估算结果与实际产品基本相符,C类由于缺乏足够的统计数据,因此难以验算,但实际工程设计应用结果与经验类比法得到的重量估算结果基本一致,表明研究结果能够满足总体设计阶段重量估算的任务要求。     

基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取方法研究

以直升机性能计算方法为基础,辅以考虑尺寸效应及设计能力的涡轴发动机设计方法,建立了以直升机旋翼桨盘载荷及最大起飞功重比为特征参数的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型及基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取模型。针对涡轴发动机部件/系统设计能力及直升机飞行性能需求,首先开展了给定涡轴发动机循环参数下的流量匹配计算,然后开展了涡轴发动机循环参数选取研究。研究表明,所建立的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型可实现给定飞行任务的直升机/涡轴发动机性能耦合设计;在给定涡轴发动机循环参数条件,由于尺寸效应,涡轴发动机部件效率受进口流量的影响,其设计点功率并不随流量等比例变化,从而使得直升机起飞总重呈现非等比例变化;在涡轴发动机循环参数选择时,在满足直升机飞行性能需求下,存在涡轴发动机耗油率与单位功率之间权衡下的循环参数选取,使得直升机起飞总重最小。     

内混式空气助力喷嘴喷雾水滴尺寸分布建模

获取喷嘴出口喷雾的水滴尺寸分布(DSD)和水滴平均直径(MVD)对地面结冰实验设施云雾参数计算与调试至关重要。采用相位多普勒干涉仪对内混式空气助力喷嘴开展了喷雾实验研究;采用最小二乘法确定了DSD经验函数参数,建立了喷嘴出口喷雾的DSD模型,探究了喷嘴动力参数(NDPs)对DSD的影响;校验了Wigg MVD估算公式及其修正形式,分析其在具体工程应用中的局限性,提出了基于NDPs的MVD估算公式。研究发现:修正Rosin-Rammler分布函数与实验数据更为吻合,可作为描述喷嘴出口喷雾DSD的模型;NDPs对DSD有明显影响,且气压的影响更为显著;基于NDPs的MVD估算公式能提供精度可接受的MVD预估值,且比Wigg MVD估算公式及其修正形式更易于工程应用。     

利用偏最小二乘回归方法估算CJ828大型客机起飞重量

由于现代民用客机起飞总重的影响因子较多,设计过程中可参考机型较单一,单参数的经典回归分析模型适用度逐渐降低,而偏最小二乘回归提供了一种多元回归建模方法,可以有效解决样本量少且自变量间存在多重相关性的问题.结果证明,偏最小二乘回归的估算结果更为合理.     

大型客机的多学科优化设计

飞机概念设计需平衡多学科间的矛盾,在多学科优化设计方法的气动学科中应用涡格法在Trefftz平面得到诱导阻力,采用工程估算方法得到摩阻、波阻和干扰阻力;重量学科将机翼简化为盒式结构来分析机翼蒙皮承受弯曲力矩所需要的厚度及重量,按常规设计方法,计算了起飞总重;还考虑航程、最大升力等性能学科的约束。优化方法采用遗传算法。以起飞总重为最小作为优化目标,建立了大型客机多学科优化概念设计框架和优化设计的软件。还以波音747飞机为算例进行了优化设计计算分析,验证了这一设计方法在飞机概念设计中的有效性。     

燃料电池轻型飞机起飞质量估算方法

为应对全球能源危机和环境污染问题,航空界将电动飞机作为研究的热点之一。燃料电池飞机在飞行过程中飞机质量基本保持不变,使得燃料电池飞机在起飞质量估算方法上和传统动力飞机相比,具有不同特点。本文通过引入推进系统系数等参数,建立了燃料电池飞机各部分质量系数的确定及飞机起飞质量的估算过程,并为后续机型的研制提供参考。     

大型民用客机起飞重量估算方法

推导了一种在概念设计阶段快速估算大型民用客机起飞重量的方法,针对近年来新型民用飞机的设计数据对计算公式的系数进行了重新修正,从而更加准确估算未来民用客机设计起飞重量。对该方法的收敛性以及解的存在性进行了分析。以中国将进行研制的干线民用客机为例,对该计算方法的有效性进行了实际的计算验证,分析了起飞重量的合理取值范围。其计算方法以及计算结果对中国未来干线民用客机的设计具有直接参考价值。     

基于起飞性能的民机升阻特性推算

针对民机起飞构型,建立了一种利用飞机的起飞性能推算其升阻特性的工程计算方法。通过对民机起飞过程的物理分析以及对特殊飞行阶段和典型飞行状态点的动力学分析与气动力参数计算,推算出计入地面效应的民机升阻特性;参考同类飞机的失速特性,对推算得到的升力曲线进行非线性修正。以B737-300民机为算例的计算结果表明,该推算方法具有一定的精准度和工程实用性,可用于不同民机型号的气动特性对比计算和分析。     

基于参数辨识原理的飞机参数分析及算法研究

提出一种在飞机概念设计中基于参数辨识理论的设计参数分析方法。在给定的设计重量和任务剖面要求下,利用基于物理的运动方程和动力学方程模型辨识出飞机气动力参数,并在总体性能评估的基础上进行设计参数分析,给气动设计提供了设计参考;在辨识过程中针对参数可行域离散度很高使得很难收敛到Pareto解的问题,提出了将神经网络预测模型融合到遗传操作过程,使得尽量在可行域内搜索。最后通过对某客机进行算例分析,表明基于辨识理论的参数分析方法和改进的算法是合理和可行的。与一般经验公式方法相比,该方法对布局类型的限制较小,在满足概念设计参数分析准确度要求的条件下能够为下一步的气动设计提供设计指标。     

舰载机弹射起飞建模与控制

舰载机弹射起飞过程由舰面滑跑和离舰上升两个阶段组成,各阶段舰载机的受力与约束不同。根据两阶段舰载机的气动特性和运动特性,建立了一种通用的舰载机纵向动力学模型确定其离舰速度、离舰迎角和预置舵偏角,从而选择合适的控制策略完成弹射起飞上升阶段的自动控制飞行。以某型机为例,建立了全量非线性模型,并在此基础上设计了离舰上升阶段的控制方案。仿真结果表明,该模型与控制方案具有较好的控制效果。     

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%。     

极大似然法在飞机起飞性能参数辨识中的应用

以Y12飞机起飞性能飞行试验实测数据为例,研究了利用极大似然法进行飞机起飞性能参数辨识的问题。首先通过理论分析建立了Y12飞机双发起飞性能数学模型;然后从简化灵敏度导数计算角度提出了以飞机在起飞滑跑过程中速度增量为观测量的观测方程,分析给出了待辨参数和利用极大似然法进行参数识别的方法;最后针对极大似然法的几个要素,如迭代初值、代价函数、迭代次数、样本长度、试验数据段的选取等对辨识结果的影响进行了讨论和分析。结果表明,利用极大似然法可以快速、准确地辨识出起飞性能所需的参数,并具有较高的精度,在今后的性能飞行试验数据分析中应注重推广和应用。     

大柔性飞机着陆撞击多质量块等效模型

考虑飞机结构振动刚性模态和前n阶弹性模态,将飞机机体等效地转化为多质量块等效模型,给出了等效系统力学参量的计算方法,为计及机体振动影响的起落架落震试验设计,通过试验检验或确定起落架着陆载荷、功量等提供模型依据,同时也为起落架设计分析、设计计算提供了简明的等效系统。还给出了大柔性飞机着陆功量、机翼位移、剪力、弯矩计算公式。算例结果表明大柔性飞机的起落架设计有必要考虑机体结构弹性,并从全局出发,采用特殊的构造措施和优化设计技术。     

民用飞机吊挂应急断离设计研究

应急断离设计是民用飞机吊挂设计的关键技术之一,从收集到的相关机型应急着陆事故论述吊挂应急断离设计的结构设计要求,分析波音公司和麦道公司的典型机型吊挂设计方案,提出了我国大型民用飞机吊挂应急断离设计方案的建议。     

基于剩余强度分析的民用飞机发动机非包容性损坏下机体结构安全性评估技术研究 安全性评估技术研

在总结大型民用飞机非包容性损坏下机体结构安全性评估方法的基础上,基于转子碎片无限能量的假设,分析了发动机各级转子非包容性损伤碎片对民用飞机机体结构和吊挂的损伤区域和量化分析方法,建立了非包容性损坏下机体结构的有限元模型,跟梁理论、板壳理论结合有限元分析结果总结了适用于民用大型飞机结构的强度校核方法和安全性评估途径,对非包容性损坏下机体结构的安全性评估技术进行了总结,并结合实例进行了说明。分析结果表明,此方法能够对结构进行有效评估。     

舰载飞机弹射起飞性能和影响因素分析

本文通过舰载飞机弹射起飞动力学的研究,并根据弹射起飞的过程和要求,提出了确定弹射起飞参数(弹射力、发动机推力和平尾偏角)的计算方法。文中对舰载机的弹射起飞进行了仿真计算。最后讨论了飞机的起飞质量,发动机推力、起飞迎角、襟翼偏角和甲板风航迹等对弹射起飞性能的影响.