超音速旅客机设计中两个重要的技术要求

超音速旅客机SSA(Supersonic Airliner)是未来商用运输机发展的一个重要方向.在研究新一代SSA载荷、航程、速度等指标的基础上,推导出SSA设计中2个重要的技术要求.一是通过创造性地仿照亚音速客机机身布局方法,提出适用于SSA的机身布局方法,推出SSA乘客总数对机身布局的要求.算例分析表明,这种机身布局方法具有一定的合理性和工程实用性.二是作相关假设后,对布雷盖(Breguet)航程公式进行变形,再利用重量估算方法,导出起飞总重量、任务燃油消耗量与巡航升阻比的关系,得到运营经济性对SSA巡航升阻比的要求.所揭示的这2个技术要求在进行SSA多学科综合优化设计中具有重要作用和指导意义.     

翼身融合布局客机客舱布置快速生成原型系统

翼身融合布局（BWB）客机的客舱布置方案在很大程度上决定了其气动外形，筛选出一种合理的客舱布置方案是BWB客机概念设计的一项重要任务。为了提高BWB客机客舱布置设计的效率，应用基于知识工程（KBE）的方法，将BWB客机客舱布置的知识和规范融入在客舱布置几何模型创建过程中，开发出了一个BWB客机客舱布置快速生成的原型系统。分别以300座和400座BWB客机为例，验证该原型系统的有效性。结果表明，只需输入客舱布置设计要求和主要参数，该原型系统即可自动地生成客舱布置方案。所开发的原型系统为BWB客机客舱设计提供了一种快速的途径。      

改进遗传算法在飞机总体参数优化中的应用

基于飞机总体参数设计中的多目标优化问题,提出了改进的多目标遗传算法.算法围绕Pareto最优解的概念,利用遗传算法的内在并行性,设法求取多目标优化问题的"Pareto前沿".将不同的改进遗传算法应用于同一干线客机总体参数优化设计中,要求巡航升阻比和有效载荷系数两个目标达到最大,并对各种算法所得的结果进行综合分析与比较,结果显示:基于Pareto排序的多目标优化算法(NSGA,Non-dominated Sorting Genetic Algorithm)的Pareto解最优,可以支配改进的向量评价遗传算法(VEGA,Vector-Evaluated Genetic Algorithm)和随机权重遗传算法(RWGA,Random-Weight Genetic Algorithm)的结果;而VEGA和RWGA的结果互有优劣.      

飞机方案多目标优化的Pareto遗传算法

基于多目标优化问题Pareto最优解的概念,提出了一种求解非劣解集的多目标遗传算法,重点讨论了算法实现中非劣解集的筛选和适应度的计算.将该算法应用于假想的干线客机方案优化设计,要求巡航段升阻比和有用载荷系数两个目标最大,对优化结果进行了分析比较.研究结果显示出MOGA(Multi-Objective Genetic Algorithms)对飞机方案多目标优化设计具有良好的应用前景.      

基于舵面配平的飞机续航飞行航迹优化方法

舵面偏转除了能够提供保证飞机稳定飞行的配平力矩,还将改变飞机的升阻比,从而影响其续航性能。在基于飞机质点假设的传统航迹优化方法的基础上,研究了飞机的升阻特性对其续航性能的影响:在上升段、巡航段及下降段前期增大升阻比,在下降段后期减小升阻比,有利于提高飞机的续航性能;提出了基于舵面配平的续航飞行航迹优化方法,以获得更接近于发挥飞机实际潜力的最优航迹与最大航程。对于多操纵面布局飞机,通过该方法能够确定其最优舵面组合配平规律。算例飞机的优化结果表明:相比单一舵面配平,最优舵面组合配平能够使算例飞机的总航程最大提高7.5%。      

翼身融合布局客机的客舱设计

翼身融合作为一种新型民机布局,其客舱设计较常规布局有很大不同.以翼身融合布局客机客舱为研究对象,结合其自身特性,确定了与客舱设计相关的适航条例和舒适性要求;确定基本布局方案和客舱参数化设计方法;以250座三级布置为例,对客舱区座椅和设施等进行了详细布置.结果表明,翼身融合布局客舱的参数化方法是可行的,能够满足飞机系列化发展对客舱灵活布置的需要.但应急撤离设计方案是否满足90s撤离适航要求的应急疏散问题还有待进一步的实验验证.     

飞翼布局气动方案优选和试验验证

提出综合考虑飞翼布局隐身性能和气动性能的平面形状特征参数,分析了方案优选中的约束关系.采用参数化方法构建了三维曲面模型,并将物面网格划分流程进行自动化封装,通过更改设计参数准确快速地得到新方案的物面网格.应用基于Euler方程的数值方法进行布局方案的气动性能计算分析,在重点方案的分析中加入黏性修正;应用高频近似方法估算方案的隐身性能.以巡航状态作为设计点,在隐身性能的约束下,应用分析-修正的方法完成了气动布局方案优选,并对最终选定的方案进行风洞试验验证,证明该方案有进一步研究的价值.     

面向总体性能的高速飞行器布局优化

飞行器气动布局的选型和优化技术在总体设计中处于关键地位,在临近空间飞行的飞行器对升阻比和操控性能都提出了更高的要求。翼身组合的升力体外形由于兼顾内部装填以及升阻特性成为了目前高速飞行器主要的设计方向。以一类具有普适性的面对称升力体外形为基础,采用相关性分析手段提取出飞行器的关键几何参数,挖掘出几何参数对所关心的总体性能指标的影响度大小,并建立起基于CFD方法的气动布局优化平台,以总体性能指标为约束,优化出高升阻比外形,通过风洞试验验证了优化设计方法的有效性,为高速飞行器的气动布局工程化设计提供了有效的技术手段。      

考虑燃料消耗均衡性的低轨通信星座在轨星座构型重构方法研究

针对低轨（low earth orbit,LEO）通信星座在轨重构问题，分析了低轨通信星座的特点，提出了4个重构指标，即全球平均覆盖率、燃料消耗均衡性、重构总时间和重构总速度增量，并分析了提高轨道高度的重构方式。采用基于分解的多目标进化算法（multiobjective evolutionary algorithm based on decomposition，MOEA/D）对重构进行建模分析。结果表明，模型优化结果可以得出多组最优解，构成帕累托前沿，并得出燃料消耗均衡性最优的解，针对两种失效模式得出的重构总时间均为3.6×105s，速度增量方差分别为261.4m2/s2和293.4m2/s2，这些解均可恢复星座原有的覆盖性能，并使燃料消耗最为均衡。     

考虑多巡航工况的大型飞机气动弹性优化

针对目前大型飞机机翼常见的单点优化设计方法在考虑多巡航工况情况下非设计点性能较差的问题，提出了一种多工况气动弹性综合优化框架，考虑了不同的巡航工况，对大型飞机复合材料机翼开展气动弹性优化的研究。以最小机翼结构质量为目标，在气动弹性、应力/应变、强度等条件的约束下，通过遗传算法对机翼型架外形的蒙皮、腹板、凸缘等复合材料部件的铺层厚度展开设计，并根据优化结果进行了型架外形设计，采用高精度CFD/CSD耦合方法分析和校验了优化结果的升阻特性。研究表明:在不低于设计巡航外形气动性能的条件下，综合多巡航工况的气动弹性优化能有效减轻结构质量，从而减少整体燃油消耗。进一步对比分析了多巡航工况优化与单巡航工况优化，研究了巡航工况数目与优化结果之间的关系，结果表明:综合考虑多巡航工况的优化结果性能更好，且优化结果的整体性能随着优化巡航工况数目的增加而提升。      

民航客机油箱建模与油量传感器姿态误差修正

实现民航客机的飞机油箱建模,提出对油箱的油量传感器示数的姿态误差进行修正的算法.建模过程基于二维限定Delaunay三角剖分和插值,生成油箱的表面.利用油量传感器错误示数和当前飞行姿态角,利用油箱表面三角网格,将油箱内含油体积进行三维三棱柱剖分和三维四面体剖分.计算四面体体积之和求得油箱正确的含油量.与当前正在使用的切片算法在效率和使用范围方面进行深入比较与分析.实现民航客机油箱三维建模,并且利用已建立的模型修正其油量传感器示数姿态误差.算法优于切片算法.     

采用CAD技术对飞机燃油测量进行姿态误差修正

为了实现飞机在任意姿态下燃油油量的测量,提出了一种基于CAD技术的飞机燃油油量实时测量方法.首先采用AutoCAD三维实体造型技术,建立了某飞机机翼油箱模型,然后介绍了带姿态误差修正的燃油油量的测量原理及测量系统的组成.利用油量传感器的输出值及飞机姿态信息,可以对燃油油量进行实时测量及姿态误差修正.试验结果表明,该方法运算速度快、测量准确.     

气象因素对飞机进近飞行燃油效率的影响

气象因素对航空飞行意义重大。为了考察航空飞行的燃油效率,基于飞机性能数据库（BADA）模型,考虑气象因素,建立飞机燃油消耗的修正模型。以广州白云国际机场某进港航班为例,开展飞机进近飞行仿真试验,从燃油流量和燃油消耗量2个维度分别讨论气温、气压、风速变化对飞机燃油效率的影响。结果表明:气象因素与飞机燃油效率存在明显的相关性。当飞机飞行高度一定时,气温升高,燃油流量和燃油消耗量增大,燃油效率降低;气压增强,燃油流量无明显变化,燃油消耗量略有降低,燃油效率升高;风速增加,燃油流量和燃油消耗量先减小后增大,燃油效率先升后降,风速为4 m/s时燃油效率最高。当飞机飞行高度下降时,气温和气压升高,风速下降,燃油流量小幅度波动上升,燃油效率降低。最佳气象条件下,一次进近飞行能减少约3%的燃油消耗。研究结果对提高实际飞行的燃油效率有一定的参考意义。