民用飞机客舱快速设计及自动化调整

为提高总体设计的质量和效率,研究了民用飞机机身剖面构型及客舱的设计措施,并在一个开放式飞机总体设计环境中实现这一功能。定义了飞机机身类部件坐标系,提出了机身剖面构型、地板、装饰层、厨房、卫生间、衣帽间、应急出口、舱门、舱段隔板、座椅和行李架等的参数化描述和模型构建方法,设计了客舱参数化描述数据结构、剖面构型与客舱布置的数据对应关系及客舱设计逻辑,建立了交互式机身剖面构型和客舱二、三维快速设计环境。在此基础上,实现了客舱模型的自动化调整,为总体设计阶段进行多学科设计优化奠定了基础。最后,给出若干设计实例说明了该方法的有效性。     

大型客机总体设计系统的框架与原型研究

为推进航空企业数字化建设进程,满足中国大型客机研制对数字化建设需求,在对已有开放式飞机总体设计系统分析的基础上,梳理和定义了大型客机总体综合设计系统的定位和软硬件架构,设计了大型客机单个设计任务的数据组织逻辑和代码组织逻辑。以此为基础,系统性地研究,并实现了面向大型客机的翼面类部件、机身类部件、客舱、货舱、起落架、机翼结构及整体油箱、风挡等部件的参数化建模方法。考察了大型客机总体设计中分析软件及各类优化框架系统的应用特点及使用现状,设计了大型客机总体设计中各类分析工具的分层次集成与优化应用策略。若干设计实例说明了本文系统及其相关方法是有效的、可靠的。     

基于三维参数化模型构建的飞机重量重心快速估算方法

 针对飞机总体设计阶段重量重心(c.g.)估算的专业要求、设计方案反复调整的特点,提出了基于三维参数化建模的重量重心快速估算方法,从而实现后续的快速参数化调整。基于该方法的分析流程,通过分析飞机外形建模和结构、系统重量建模的工作对象和专业逻辑,对各个重量组成及其建模过程进行了参数化描述和流程定义,用于指导完成整个设计分析系统的开发实现。最后,通过算例演示了基于三维参数化建模进行重量重心快速估算的步骤。     

基于有限状态机的飞机供电系统控制器建模仿真

为验证飞机供电系统控制保护逻辑设计的合理性,建立了供电系统控制器类模型并进行了仿真。在对比控制器类不同建模方法的基础上,指出了基于有限状态机建立此类模型的方法适用于方案设计阶段对控制保护逻辑建模仿真,并以飞机发电机控制器为例进行了建模仿真。结果表明:模型符合设计要求,控制逻辑和时序逻辑正确,建模方法简洁快速。     

参数化大型客机方案实例库研究

 为充分利用和借鉴已有的大型客机方案实例信息,建立了参数化大型客机方案实例库,并在一个开放式飞机总体设计环境中完成了方案实例三维建模和相关参数入库,提出了面向对象的参数化实例方法。在此基础上实现了对实例库中客机参数的管理、参数分析,并通过初始布局方案的模块化设计,为总体设计阶段新方案的快速设计及初步分析奠定了一定的基础。最后通过应用示例说明了实例库在总体设计阶段的运用。     

基于参数化有限元方法的机翼重量预测

为飞机总体设计阶段提供一种快速而较精确的机翼重量预测方法。该方法是将参数化几何建模和参数化有限元建模方法相结合,快速地建立机翼结构有限元模型。通过应用CATIA二次开发技术,实现机翼结构布置模型的自动生成;通过运用PATRAN的PCL语言,实现结构有限元模型的自动生成;通过应用优化方法,确定出结构尺寸,进而计算出机翼重量。算例表明,本方法可快速地分析不同结构布置方案和不同材料方案的机翼重量,适用于飞机总体方案设计阶段机翼重量计算。     

舰载飞机总体设计关键约束分析

舰载飞机除了必须具有陆基飞机应有的设计要求外,还需要考虑其特殊的起降方式和使用环境、独特的结构/机构设计特点等因素,其设计难度比陆基飞机大.本文以支援类舰载飞机为研究对象,分别从机/舰适配性、动力、结构、座舱设计等方面对舰载飞机总体设计过程中所遇到的主要问题和关键约束进行分析,总结归纳出舰载飞机设计时需要关注的特殊设计约束.在前期方案论证和初步设计阶段,为舰载飞机的总体设计提供了一定参考.     

一种面向飞机族的结构优化方法

 飞机族是一组共享通用部件或子系统的、但性能或使用要求不同的相关飞机产品的集合。针对通用模块化飞机族结构优化问题,提出一种基于代理模型的二级优化方法。该方法将结构优化分为两个层次：通用模块结构优化层次和专用模块结构优化层次。这种方法不但流程简单,且各层次的设计变量和约束较少,并且专用模块优化层次之间具有独立性,易于实现并行设计。以某支线客机族的机翼结构优化问题为例,首先阐述飞机族结构优化模型,然后应用本文提出的二级优化方法求解支线客机族的机翼结构优化问题。优化结果表明该方法能成功解决飞机族的结构优化设计问题,能同时优化飞机族中各型号的结构参数。     

飞机总体设计用数据库的开发与应用

为提高设计的质量与效率,研究了数据库在飞机总体方案设计中的应用.建立了翼型、剖面及简化模型数据库,包括发动机、座椅、飞行员、雷达、座舱显控设备、武器、起落架及其他机电、航电设备数据库,并且提出了模型的参数化方法.在一个开放式飞机总体设计环境中集成了建立的数据库,实现了在几何模型构建、总体布置时的数据库调用.最后通过一个设计实例说明了方法的有效性.     

基于虚拟样机的飞机总体设计环境的体系研究

提出了综合集成飞机总体设计过程中所使用的不同学科专业的各种设计分析工具、创建基于分布式技术的网络化飞机总体设计工作环境、利用虚拟样机进行飞机总体设计的概念。定义了应用于飞机总体设计过程中的虚拟样机的概念,并分析了它与数字样机、CIMS等概念之间的区别和联系。以此为基础确立了飞机总体虚拟样机设计环境的分布式系统体系,设计了系统的逻辑结构和框架,规划了设计环境中的工作流与数据流,完成了各种相关技术在系统开发中所处层次地位的分解,提出了利用智能体/代理进行飞机设计工具集成的途径,分析了基于虚拟样机的飞机总体设计模式。最终构建了设计环境的原型系统,实现其正常运转。     

基于全寿命周期成本的民用飞机总体参数优化

针对民用飞机给出了其全寿命周期成本的计算模型,并提出了以该模型为目标的面向民用飞机总体参数的优化方法。同时,在Matlab开发平台上,开发出了该方法所需的遗传算法优化程序。为检验该方法的有效性,本文在历史数据的统计分析和处理的基础上,基于回归分析给出了相关公务机总体参数的估算公式,并以该类飞机为案例进行了计算。计算结果表明,优化方法可行,结果有一定的实际意义,可为飞机总体设计参数的选取提供一种依据。     

基于Modelica和Dymola的航空发动机建模与性能仿真

本文介绍了Modelica/Dymola软件的主要特点,航空发动机模块划分的原则和方法,以及利用Modelica/Dymola软件开发的航空发动机通用模型库中主要部件的建模方法,并采用己建立的部件模型,搭建了双轴涡扇发动机的系统级模型,对其起动过程进行了仿真.结果表明,仿真结果符合实际情况,该模型库对于航空发动机的概念设计和初步设计具有重要意义和实用价值.     

一种飞机顶层设计指标最优分配的新方法

探讨了一种新的设计指标最优分配方法--协同分配法,用于处理飞机顶层设计中的大规模设计指标最优分配问题.分析了飞机顶层设计中的设计指标最优分配特征,据此给出了协同法的原理并建立了数学模型.协同法按设计指标分配关系将最优分配问题分解为主系统优化和子系统优化,主优化对子系统设计指标进行最优分配,子优化以最小化分配设计指标值与期望设计指标值之间的差异为目标,进行子系统最优设计,或对底层元件(如飞机翼梁、翼肋和翼盒等)进行设计指标最优分配,并把最优解信息反馈给主优化.主优化通过子优化最优解信息构成的一致性约束协调分配量,提高系统整体性能,并重新给出分配方案.主系统与子系统反复协调,直到得到设计指标最优分配方案.两层可靠度指标分配算例初步验证了本文方法的正确性与可行性,三层可靠度指标分配算例证明了本文方法的有效性.最后,以重量指标分配为例,简要叙述了针对飞机顶层设计中设计指标协同分配的数学模型和求解思路.     

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。     

多传感器监测飞机部件非线性退化评估

飞机部件一般采用多传感器进行状态监控,针对退化过程具有非线性特征的民机典型部件剩余寿命（RUL）预测及评估问题,首先建立了部件性能参数的一般非线性Wiener退化过程,推导出基于多传感器监测数据的剩余寿命预测框架和概率密度函数,随后利用状态空间模型进行隐退化状态估计并同时利用最大期望算法（EM）实现参数递推估计,最后形成了飞机部件多传感器监测下的剩余寿命非线性退化评估方法。通过数值仿真案例和民航发动机剩余寿命预测案例,对比线性退化模型和基于单一传感器监测数据的非线性退化模型,验证了所提方法在提高剩余寿命预测精度的有效性,可为飞机及其部件的剩余使用寿命预测和视情维护决策提供技术支撑。     

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%。     

概念机中的结构设计与建模研究

飞机结构设计在飞机研制过程中起着关键的作用,在飞机概念设计阶段进行结构概念设计可以使提出的概念设计方案更加完善。论述了飞机结构设计在概念设计阶段的作用和方法,着重研究了按照面向对象方式进行数据组织的计算机辅助飞机概念设计系统中进行飞机结构概念设计的方法与措施,以及在这一系统中建立结构件数值模型的步骤。结合结构材料数据库的实现,最后提出了集成与结构相关的各种数据库并进行分类管理的建议。     

民用飞机地面漂浮性分析研究及应用

民用飞机地面漂浮性是评估飞机-机场相容性的一个重要指标,其直接影响到飞机设计参数选择以及地面适应性的优劣。在总体概念设计阶段就必须对飞机的漂浮性能进行分析评估,从而选择恰当的飞机参数。对民用飞机在刚性道面和柔性道面上漂浮性分析方法做了简要说明,并针对国际民用航空组织所推广使用的ACN/PCN(飞机分类号/机场分类号)方法进行了详细分析研究,在此基础上,开发出了飞机地面漂浮性分析软件。通过直接输入飞机相关参数可以快速准确地计算出飞机分类号ACN值。可以有效地对飞机地面漂浮性进行评估和优化,从而解决了用手工方式评估飞机地面漂浮性时的繁琐及不准确,并降低了对从事飞机地面漂浮性计算的人员要求。