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。      

民机客舱布局工效学量化设计模型

为提升客舱布局设计效率及面向民机客舱快速仿真设计系统提供技术支撑，提出了一种民机客舱布局量化设计模型。该模型面向工效学设计需求，以座椅排距、座椅排数、各级客舱舱段长度等作为设计变量，构造了舒适性、安全性、经济性三类目标函数，实现了客舱边界限制、人机空间耦合关系、适航安全性要求等约束条件的量化描述。分别以双通道宽体干线客机、单通道窄体干线客机和支线客机为应用算例，对所提模型的可用性进行了计算验证。结果表明:所提模型可适用于多种机型的客舱布局设计，能够提供多个满足舒适性、安全性、经济性等多样化工效学设计指标的量化设计方案，并可给出各类指标进一步的优化途径。所提模型在一定程度上实现了民机客舱布局量化设计，为概念设计阶段客舱布局快速设计和多方案比较提供了一种新的方法，同时也可作为航空公司客舱布局选型的定量化辅助决策工具。      

大展弦比联接翼结构重量估算

联接翼是一种将前翼和后翼连接在一起的飞行器创新布局形式.针对飞机总体设计阶段需要知道飞机结构重量与气动外形参数之间关系的问题,提出了一种建立大展弦比联接翼布局飞机外形参数与结构重量之间关系的方法.该方法首先应用结构有限元的参数化建模和结构优化方法获得联接翼的结构重量,然后应用试验设计法和响应面模型获得外形参数与其结构重量之间的定量关系.应用这种方法,获得了某大展弦比联接翼结构重量与其外形参数(包括前翼展长、后翼展长与前翼展长之比、前翼展弦比、前翼上反角、前翼后掠角、前后翼根弦前缘纵向距离以及前后翼根弦前缘垂直距离)之间的关系.所获的计算结果对联接翼布局飞机总体参数的确定具有参考价值.     

基于火灾疏散安全指数的飞机客舱防火设计

为研究飞机客舱设计对防火性能的影响,首次提出火灾疏散安全指数(FESI) 的概念.利用PyroSim及Pathfinder仿真软件对飞机客舱的火灾场景和疏散过程进行模拟,确定不同客舱内表面积、出口宽度和高度及搭载人数下出口的FESI,分析以上设计因素对客舱火灾疏散能力的影响.使用BP神经网络算法确定几种窄体飞机在确保火灾疏散安全情况下的最大搭载人数.并以B737-800飞机为例对其疏散方案进行优化,模拟结果表明:客舱的内部表面积、舱门尺寸及座位数都是显著影响客舱防火性能的设计因素,典型布置下的B737-800飞机最大承载人数为154人,在疏散方案优化后可增加至175人.所提出的FESI不仅可对现有飞机的防火性能进行评估,优化客舱布局及人员疏散方案,还可为国产大型飞机客舱防火设计提供依据,同时为其他领域的消防研究提供参考.      

三角形机翼参数化有限元网格划分与调整方法

为缩短有限元建模周期,提高三角形机翼结构分析、设计与优化的效率疲,首先,以其满足预定气动性能的几何外形为输入,定义了易用的有限元节点与单元的编号规则;基于可设计的机翼内部构型参数及可变的有限元尺寸参数的设置,引入了翼肋贯穿截止准则以满足任意输入的内部构型的初步判断;借助自定义形状矩阵完成了节点布置与单元生成,进一步通过有限元网格细化完成了开口设置、翼肋贯穿位置修正及桁条建模.然后,基于已建立的有限元网格实现了内外侧副翼翼肋位置的小幅调整及旋转舵面的角度调整,以满足不同飞行状态下结构分析需求.最后,应用PCL语言开发了参数化建模模块,实例表明了方法的有效性和模块可靠性.      

W型无尾飞机横航向多变量鲁棒控制设计

以基于前掠翼布局及翼身融合一体化技术设计的W型无尾飞机为被控对象,采用线性二次型高斯/回路传输恢复LQG/LTR(Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery)多变量鲁棒控制方法完成了飞机横航向控制设计.该方法解决了由于该特殊构型导致的本体不稳定,以及运动模型的不确定性、随机干扰下控制系统可能出现的不稳定和控制精度不够的问题.系统仿真结果表明,控制系统实现了横航向指令的精确跟踪,不但具有良好的鲁棒性,而且调节性能良好,满足W型无尾飞机横航向控制设计的要求.      

模糊优化在飞机总体设计中的应用

采用线性函数建立了飞机气动力与隐身一体化设计优化目标的满意度函数和约束的满足度函数,用综合加权法建立了多个目标的总满意度函数,研究了机翼平面外形参数和翼身融合参数的气动力/隐身一体化模糊优化设计,并与常规优化方法进行了对比;采用罚函数将约束优化转化为无约束优化,并用单纯形方法求解.     

民用飞机迫降后不利姿态应急撤离实验研究

为研究飞机迫降后不利姿态对应急撤离的影响，基于动态客舱应急撤离实验环境，开展了200多人次的个体及群体应急撤离实验，按照自由撤离模式和快速撤离模式，分析了不利姿态下座椅段、过道区域个体撤离速度的变化规律，建立了个体平均速度衰减比模型。实验表明：迫降后的不利姿态对群体撤离时间、人员密度和前向距离均有一定影响。横滚姿态下，群体撤离速度衰减比在5°时为0.948,10°时为0.859，随横滚角增大而减小；俯仰姿态下，在-5°俯角下群体中个体撤离速度均呈现出加速的效果，末位速度达到1.35 m/s，次序越靠后撤离速度衰减比越大，-10°时，群体中个体运动呈现两面性，撤离速度与次序呈反比。通过实验揭示了迫降后不利姿态应急撤离客舱内个体运动及群体撤离的变化规律，为民用飞机应急撤离仿真提供了重要参考数据。     

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。      

BWB客机经济性相关设计参数的影响分析

为了分析翼身融合布局客机(BWB,Blended Wing Body)高巡航升阻比和与其匹配的下一代低油耗发动机所带来的经济性收益,通过估算飞机的总体参数和计算飞行性能,以每座公里耗油量为衡量标准,定量分析巡航升阻比和发动机耗油率等相关参数对250座级和450座级的影响;与现有同量级常规布局客机对比分析,估算出BWB系列客机经济性收益的具体数据,并分析座级和航程对BWB客机经济性的影响,得出BWB系列客机发展的趋势和特点,最终综合考虑收益与可实现难度和代价,给出合理的设计参数值.      

考虑安全性的BWB民机飞行控制系统设计

翼身融合（BWB）飞行器满足未来民用航空经济、绿色、低碳的运行需求,是重要的发展方向。针对BWB飞行器的飞行控制系统,对其安全性与系统设计进行了研究。给出基于系统理论的事故模型及过程,与相应的安全性分析,重点对BWB飞行器飞行控制系统内的复杂逻辑关系、不安全控制动作、危害致因进行分析;进行切换系统设计,给出低可靠先进系统和高可靠备用系统的设计过程,并分析切换逻辑;基于设计进行仿真验证。研究结果表明：系统理论过程分析方法能够支持BWB飞行器飞行控制系统复杂逻辑关系的安全隐患分析,同时所设计的飞行控制系统具有一定的安全性与实用性。     

飞机环境控制系统的最小熵增分析

一种应用于飞机环境控制系统优化设计的新方法,以热力学第二定律为基础,运用熵增原理进行系统综合优化设计,分析了主要组成部件(热交换器和涡轮冷却器)以及座舱温度舒适性要求指标对系统熵增的影响.以某型飞机环境控制系统为例,通过数学建模和计算机仿真,获得了不同结构参数下,系统运行在最小熵增状态时的引气与供气参数优化匹配结果.研究表明,提出的最小熵增分析方法对未来复杂飞机环境控制系统的综合设计具有重要的指导意义.      

民机客舱中太阳辐射对热舒适性的影响

乘客出行过程中对于热舒适度要求不断提高,对民机客舱的整体热舒适性提出了更加严格的要求。通过对南北飞行的航班实际测量发现,由于受到太阳辐射的影响,客舱内部向阳和背阴两侧温度分布极不均匀,特别是窗户周围,平均温差达到20℃,客舱向阳和背阴两侧的热舒适性相差较大;结合CFD动态仿真,基于实际客舱各区实时测量数据,建立等比例客舱仿真模型,以实际测量的温度和压力数据作为仿真边界条件,再现民机客舱内部温度和热舒适度PMV的分布情况,为定量分析南北飞行航班客舱的热舒适性提供理论依据。      

基于飞机客舱空气品质的桥载空调送风优化

针对目前桥载空调恒定送风所造成的客舱内舒适性差及节能效果不理想问题,以波音737客舱为研究对象,采用CFD方法建立客舱仿真模型,并通过实验验证了所建立的CFD客舱仿真模型的合理性。在此模型基础上,研究桥载空调不同送风速度对客舱内温度场、风速场及NOx浓度场的影响,并分别拟合出客舱空气分布特性指标(ADPI)、排污效率与桥载空调送风速度的函数关系,再根据ADPI、排污效率构建评价函数,得到桥载空调的优化送风速度,该送风速度能够为桥载空调机组的节能控制提供依据。     

微重力场中通风换热的数值研究

为在地面模拟空间站舱内的流动与换热,以两顶角集中进风,两底角集中出风的通风方式为对象,研究了微重力是条件下复杂深间内的对流换热地面相似模拟问题,采用数值分析方法,分别考察了方腔中无隔离物,有绝热隔离物,有等温隔离物以及有等温悬浮物的几种有代表性的不同情形,给出了每种情形下不同比例模型的流动与换热情况的数值模拟结果,并针对各种不同情形进行了分析说明,分析表明,集中通风方式更有利于抑制自然对流的影响。     

航天飞行器铸件舱段结构快速设计方法

为提高航天飞行器铸件舱段在方案论证阶段的结构设计效率、设计质量和迭代效率，基于航天飞行器复杂曲面结构特点对铸件舱段结构特征参数进行研究，提出曲线比率法以描述纵筋参数化布局；定义骨架模型发布元素，以实现铸件舱段的Top-Down设计。提出航天飞行器铸件舱段结构快速参数化设计方法，通过定义特征命名规则和创建特征集合实现建模规范化，通过封装舱段设计知识实现设计快速化，通过创建特征参数和公式实现特征参数化。通过建立交互式铸件舱段结构快速设计环境，实现铸件舱段结构的快速实例化、快速修改，并以航天飞行器铸件舱段为例验证了所提方法的可行性和有效性。      

高速列车通风设计方法的研究

 由于高速列车车厢高度密闭的特性,高速列车的通风设计必须满足旅客的安全性和舒适性.而传统的依赖自由射流的经验公式确定车厢内温度场和速度场的方法因无法考虑送排风气流和室内障碍物的影响,通风设计很大程度上依赖于模型实验.本研究将送排风气流与车厢型状及座椅作为一体来考虑、通过数值模车厢内温度场和速度场来保证满足舒适空调要求的同时,还可方便地确定出送风速度和送风温差.该方法不仅适用于高速列车的通风设计,还能适用于一般载人列车及飞机客舱的通风设计.