欧美联手研究未来高效静音客机

欧美两家著名高等学府正在 NASA 的资助下从事一项高效、静音飞机研究计划。目前研究人员共研究了两种设计方案,一种为 SAX-40,另一种为降低风险方案 SAX-L/R1。欧美打算在2025年联合发起一种具有高效静音特性的采用翼身融合体设计布局的民用客机。它的启用对降低未来航空器的噪声污染,为人类营造更加宁静的生活环境具有重要意义。     

飞机噪声纳入适航管理——中国民用航空噪声规章第36部颁布实施

随着人们环保意识的不断增强,噪声污染已经越来越引起人们的重视。早在1988年我国就出台了国家标准GB9660—85《机场周围飞机噪声环境标准》,对机场周围的飞机噪声环境实施控制和管理,该国标将机场周围受飞机通过所产生噪声影响的区域划分为一类区域和二类区域,并规定了相应的噪声     

动力增升对翼身融合飞机沉降特性的改善

翼身融合体飞机起降阶段的“沉降问题”是影响该类布局飞行安全的典型问题,为此提出了一种将动力风扇竖直嵌入机翼中的动力增升方案。分析了动力增升系统对飞行的气动影响,提出了动力增升系统的匹配设计和评价方法,探讨了动力增升系统布局的主要约束。在综合考虑动力增升系统推质比、俯仰力矩配平以及操稳特性等限制因素基础上,基于示例翼身融合体无人机,匹配设计了动力增升系统及其布局方案,针对过渡飞行状态设计了姿态稳定控制律。飞行试验表明:使用动力增升能缓解进近阶段升降舵操纵所引起的下沉率突增与高度沉降现象,同时可将验证机的起、降速度降低20%以上,且该方案易于在小型翼身融合体飞机上实现。      

民机的一种新型布局形式——翼身融合体飞机

 讨论了一种区别于机翼与圆柱机身的传统民机外形——翼身融合体（BWB）外形。从给定容积下减少浸润面积和摩擦阻力的考虑发展出了翼身融合体的概念。在满足系列设计约束条件下讨论了适于大型（800座）客机的翼身融合体的技术和商业上的可能性。概念设计研究表明,翼身融合体外形可获得比常规外形更好的性能。巡航升阻比可从传统外形的19提高至23。480座的BWB外形与同量级的传统外形（A380-700）相比,最大起飞重量可减少18%,每座位燃油消耗可减少32%,具有良好的环保性。通过气动载荷分布规律的反设计,翼型修型和三维优化设计等气动设计方法可以有效减阻和提高BWB的气动性能。由于BWB的高度融合性,讨论了多学科优化设计方法的重要性和有效性。BWB概念能够发展成BWB系列机,进一步提高巡航马赫数也是可能的。     

民机环境控制系统声学设计分析

环境控制系统是飞机系统中一主要组成部分,其产生的噪声在飞机地面状态和巡航状态时主要的噪声源之一,这种噪声频率分布范围较窄,比附面层噪声对舱内声压级特别是语言干扰级的影响更大,必须加以考虑,在此阐述了环控系统的作用和主要的噪声源,提出了部分环控系统的声学设计要求和声学处理方案,确保定机座舱的舒适性。     

关于减小油耗的飞机总体方案改进设计研究

油耗是衡量飞机经济性的最重要指标之一.根据Breguet航程公式分析降低飞机油耗的主要途径,并以某飞机的总体方案设计为工程背景,在总体布局变动不大的前提下,有针对性地研究巡航速度、巡航高度、机翼展弦比对飞机轮挡油耗与最大起飞重量的影响;根据研究结果对基本方案进行总体布局优化与方案衍变,分析方案衍变中轮挡油耗、使用空重以及最大起飞重量的变化情况.结果表明:在相同设计航程内,优化方案的轮挡油耗降低3.92％,最大起飞重量减少100 kg.     

飞机噪声影响治理法规建设亟待加强

<正>一、我国飞机噪声影响问题日趋严重事关重大1.飞机噪声影响事关机场建设和民航发展当前,飞机噪声影响的处置问题已成为制约我国机场建设和民航发展的难点问题,是导致众多大中城市机场搬迁的重要原因。广州、昆明、合肥等机场都曾因城市发展制约严重和噪声影响矛盾突出而实施搬迁。乌鲁木齐、大连、青岛、厦门、呼和浩特等城市也在考虑搬迁现用机场,噪声影响是制约这些机场原地扩建发展的重要原因之一。     

机场内部飞机噪声污染防治

飞机噪声污染已成为世界公认的公害。我国随着民航运输事业的迅速发展,对防治飞机噪声污染越来越重视。凡是新建和扩建机场都要进行飞机噪声环境影响评价。但是,至今各个机场的飞机噪声环境影响评价,只是分析飞机噪声对机场外部周围的影响及其防治措施,未考虑飞机噪声对机场内部的影响及其防治措施。事实上,受飞机噪声危害最大的是机场内部,不是机场外部周围地区。作者根据本     

民用航空与环境挑战（上）

在下个世纪，空中旅行对环境的影响将日益成为影响飞机设计的一个非常重要的因素。如果每旅客公里的影响相对于今天的水平不能够有效减小的话，那么环境因素将日益限制空中旅行的发展以及影响到它的社会效益。文章主要提出对环境的三个影响因素：噪声、机场周围的空气污染以及对气候变化的影响。三个因素中对气候的影响被认为是最重要、最长期的影响，文章对这一因素进行了非常详尽地讨论。对影响气候变化的三个指标，即飞机排放物CO2、NOx以及产生的持久凝结尾迹展开论述，其中最有研究价值的目标是后两个。文章对怎样减小后两个指标对环境的影响进行了研究。必须指出，在所有情况下追求最佳环境结果都可能带来CO2排放量不同程度的增加，因此，应该拟定有关减小这两个指标对环境影响的管理或经济上的度量标准，以便依此组织研究。根据CO2排放量制定的度量标准可能只是阻止这两个因素的产生，不过，降低油耗，从而降低CO2排放量仍是飞机设计一个长期、关键的设计目标。文章认为在这一领域通过新的技术和新的设计方案，这些目标有可能实现。     

飞机噪声污染的测量及防治

随着我国航空业的迅猛发展，航班量日益增加，飞机运转的噪声对机场周围地区的影响逐渐加大，人们对飞机噪声的抱怨十分强烈，这严重制约了机场的运转效率和经济效益。因此，防止飞机噪声污染现已成为了机场当局进行环保工作的重点。     

民航客机最佳机翼面积的优化方法

分析了民航客机燃油效率的影响因素,将气动阻力进行分解,推导出了以巡航效率为优化目标的最佳机翼优化方法。算例表明,无论是在飞机的方案设计阶段,还是在详细设计阶段,方法都是适用的。方法不仅可用于最佳机翼面积的优化工作,在详细设计阶段,还可用于检验飞机的气动优化设计是否偏离飞机的优化目标,以及检验飞机的最佳巡航航程指标是否与最佳燃油效率匹配。     

机翼前缘后掠角对飞机RCS影响的数值模拟

为了在飞机总体设计时改善其隐身性能,对机翼前缘后掠角参数化可调的飞机三维数字样机的RCS特性进行了研究。使用CATIA软件,建立机翼前缘后掠角参数化可调的飞机三维数字样机;基于物理光学法和等效电磁流法,采用RCSAnsys软件,使用X波段雷达对飞机进行探测,雷达入射波的俯仰角在-15＆#176;、0＆#176;和15＆#176;条件下,数值模拟机翼前缘后掠角在-30＆#176;~＋60＆#176;之间变化时飞机的RCS特性,并对数值模拟结果进行数理统计分析。在机翼前缘后掠角变化的条件下,飞机RCS特性数值模拟结果表明：飞机头向RCS峰值之一的方位角与机翼前缘后掠角的角度相等;飞机头向RCS算术平均值特性为直机翼大、前掠翼和后掠翼小、大后掠翼更小;飞机侧向和尾向的RCS算术平均值变化相对不大。     

翼身融合布局飞机总体参数对气动性能的影响

翼身融合布局是一种极具潜力和竞争力的新布局型式,该种布局型式飞机的总体参数对其自身的气动性能有重要影响,有必要开展相关的影响规律研究。本文基于某一翼身融合布局飞机概念方案,采用快速数值方法模拟了不同气动外形的高速流动,分析了总体参数(主要包括机翼面积、展弦比和外翼前缘后掠角)等对飞机高速气动性能的影响。结果表明,可以通过改变展弦比和机翼面积显著地改善气动性能,但未发现外翼前缘后掠角的改变与气动性能的改善有明显的关联。     

一种电动飞机概念方案的参数设计方法

为了准确地进行电动飞机概念方案的设计评估,从其自身特征出发,结合任务需求和不同飞行阶段的能耗分析,建立了全机总质量评估模块;为了完成方程的封闭和满足必要的飞行性能约束,建立了参数矩阵图模块;搭建的设计系统可以有效评估起飞总质量、翼载荷、功率载荷和翼展等总体参数。基于该系统,对国内外三款电动飞机进行设计和对比分析:不同机型下,程序所得的各项质量、翼面积、展长和翼载荷等均与实际数据相近;各项数据对比的绝对数值差异反映出对于任务的模拟和能耗在合理范围之内,且其相对误差对于初级设计阶段的总体参数评估而言,也是可以接受的。这些研究结果不仅验证了本文设计方法的正确性和可行性,还表明了该方法可为电动飞机初步的参数选定和性能评估提供重要的设计支撑。      

一种新型商用飞机翼梢小翼设计及优化

翼梢小翼可以有效的减小耗散飞机的翼尖涡,减小诱导阻力,从而达到商用飞机减阻增升、节省燃油的目的。本文研究分析了blended winglet和raked wingtip两类小翼的特点,设计了综合这两类小翼特性的翼梢小翼,具有结构简单,增加的有效翼展小、适合于中小型机场特点。同时研究了bladed wingtip形式翼梢小翼的设计原理、设计方法及流场特性。采用的外形参数化设计及自动生成程序方法通过小翼的前后缘来确定小翼的几何形状,具有快速生成外形、易实现优化设计、工程设计效率高等特点。本文设计的bladed wingtip形式的翼梢小翼具有设计点压力峰值低、没有激波、翼尖不易先分离、在增加的有效展长很小的情况下仍有较好的减阻效果等特点。     

小展弦比飞翼布局作战飞机可控性设计方法

 飞翼布局飞机取消了常规布局飞机采用的安定面和操纵面,由此引起其可控性设计的诸多新问题。以某小展弦比飞翼布局作战飞机为例,利用风洞试验结果研究了几种典型新型操纵面的操纵新机理及不同飞行条件下的操纵效能等。基于可控性设计的要求,估算了该飞翼构型作战使用所需的三轴最大控制力矩系数。通过引进舵容量的概念提出了新型操纵面的参数化设计方法,最后对这一新布局方案进行了可控性评估,为飞翼布局飞机概念设计阶段的新型操纵面布置和设计提供了一种实用的方法。     

双三角翼布局歼击教练飞机的概念优化设计

双三角翼气动布局比三角翼飞机具有更好的大攻角空气动力特性。引入了评估教练机训练效能的作战分析法 ,研究了双三角机翼布局飞机空气动力特性的工程计算途径以及飞机性能指标的确定方法。以训练效能作为目标函数并选取机翼平面形状的几何参数为设计变量 ,采用多变量数值寻优方法 ,在战术技术指标及相关几何约束条件下 ,对某高级教练机的双三角机翼气动布局方案进行了优化选择。算例表明最优方案不仅比原准方案具有更高的训练效能 ,还改善了结构的受力情况 ,与工程实践吻合。     

Research of low boom and low drag supersonic aircraft design

Sonic boom reduction will be an issue of utmost importance in future supersonic transport, due to strong regulations on acoustic nuisance. The paper describes a new multi-objective optimization method for supersonic aircraft design. The method is developed by coupling Seebass–George–Darden(SGD) inverse design method and multi-objective genetic algorithm.Based on the method, different codes are developed. Using a computational architecture, a conceptual supersonic aircraft design environment(CSADE) is constructed. The architecture of CSADE includes inner optimization level and out optimization level. The low boom configuration is generated in inner optimization level by matching the target equivalent area distribution and actual equivalent area distribution. And low boom/low drag configuration is generated in outer optimization level by using NSGA-II multi-objective genetic algorithm to optimize the control parameters of SGD method and aircraft shape. Two objective functions, low sonic boom and low wave drag, are considered in CSADE. Physically reasonable Pareto solutions are obtained from the present optimization. Some supersonic aircraft configurations are selected from Pareto front and the optimization results indicate that the swept forward wing configuration has benefits in both sonic boom reduction and wave drag reduction. The results are validated by using computational fluid dynamics(CFD) analysis.     

基于结构优化的大展弦比机翼质量估算

针对没有可供借鉴的质量评估经验公式来用于新式布局飞机研制的现状,为能够给出比较可信的结构质量估算,用于总体设计阶段飞机翼面结构质量指标分配,不仅对研制新机的概念设计与方案论证是十分重要的,也是必不可少的。本文开展了基于“变满应力”优化策略与有限元技术相结合的飞机翼面结构质量估算方法研究,并把这一求解过程搭建在具有自主知识产权的飞机多学科设计平台软件上。以具有大展弦比特征的“环球飞行者”外翼为例,进行结构质量估算表明:本文方法不仅可以获得用于总体设计阶段可信的质量结果,同时,其中的部件尺寸、应力和位移数据还能为结构与强度专业人员提供一定的参考意见。最后,得出4点结论。     

机翼重量分配方法在轻型飞机中的应用

针对目前飞机初始设计阶段的机翼重量估算公式变量较多，条件限制因素较复杂的情况，提出了一种按照机翼重量分配来估算重量的方法。把机翼重量分配到：承弯结构、承剪结构、分布气动载荷结构、起落架影响结构、前后缘结构、襟副翼机构，燃油影响结构、以及其它附属结构。此方法已经在大型飞机的机翼重量估算上取得了良好的效果。通过与一系列常用机翼重量估算公式的对比分析，并且利用已知的10种轻型飞机完成了算例，结果证明此方法有很强的适应性。