F-22飞机结构／气动弹性设计利用MDO实例过程

文献记载的战斗机在设计、制造或工程管理期间应用多学科优化（MDO）的事例不是很多，文献记载的有关已经能飞行的飞机更是罕见。文章概括描述了F-22战斗机的全部设计过程，重点描述了应用MDO的气动力弹性／结构设计过程。设计过程中最重要的工作是建立飞机有限元模型（A／V FEM）。A／V FEM是链接设计要求与载荷、颤振、应力、动力学与控制律设计过程的通用组成成分。相互依赖的多学科处理过程包括满足颤振要求的刚度处理、适应外部载荷再分配的控制律处理、满足装载特性要求的挠曲与刚度处理、气动力弹性优化大题目内的应力大小分析与气动伺服弹性滤波器设计。一个受约束的适合于载荷、应力、颤振、动力学、控制律集成、重量估算等等的A／V FEM是担负优化设计的有效手段，成功的A／VFEM能出色地进行刚度与载荷设计，结果形成既满足飞机性能要求又顾及结构参数设计成功迭代的最小重量优化设计。根据构型管理，结合特有的专业分析程序、全部的飞行轨迹、数据处理过程等来调整大规模的A／VFEM。如果使用结构分解／反向变换方法的话，利用大规模模型的回报将在相当程度上节省人的工作时间。详细的载荷网格、燃料箱燃料-蒸汽边界与飞机机动姿态及过载相匹配、详细的内部和外部加压等等以前的难题现在都能顺利地解决，满足了一体化的产品可维修性评价和分析技术（IPT）要求。该计算方法为了反映风洞非线性压力分布而修改壁板挠性压力载荷，特别是应付操纵面偏转，因而能极度逼真地模拟挠曲对刚性的系数以及柔性载荷的计算。最后，这些计算功能和使用简便性使其能够成功地处理广域网之间的数据和多种场所的计算。另外，实时计算结果以关系式数据库的方式存储就能够对争论难题快速直接地解答。     

美国飞机设计技术的发展

主要回顾了美国飞机设计技术的发展历程，讲述了一些在飞机结构中成功应用的结构方案和常用的航空材料，阐述了复合材料等先进的航空材料的发展及其对飞机设计产生的重大影响，新材料的应用促进了新的设计准则的发展，计算机技术的发展使飞机设计手段发生了重大的变化，新材料与新技术的综合应用将使飞机的结构效益获得重大提高。     

世界主要在研航空项目简介

对美国及欧洲一些航空发达国家目前正在进行一些重大的航空项目作了简单的介绍，其中包括空中客车集团公司的A380大型客机，美国的V－22旋翼机，JSF联合攻击机，欧洲的EF2000战斗机等以及各国在高超音速方面的研究。     

用于主动气动弹性翼技术的综合配平与结构设计方法

文章介绍主动气动弹性翼技术的同时进行配平与结构优化设计的一种新方法。这种新方法把配平优化与结构优化看作一个综合问题，操纵面传动比和结构设汁变量被一并放到同一个优化问题中．去实现一个相同的减重目标。这种新的综合主动气动弹性翼设计方法在一架轻型战斗机上得到验证．并与更加传统的、顺序的主动气动弹性翼方法作对比。为此验证．这种综合方法在一次连续的优化任务完成后得出比顺序的方法更低的重量和更多的好处．而顺序方法需要暂停工作进行配平优化然后又重新启动结构优化程序。     

美国的下一代隐身轰炸机

我国古代军事家孙武早就总结出了一条重要的作战原则：微乎微乎，至于无形；神乎神乎，至于无声，故能为敌之司命。在作战过程中，只有隐蔽行动、神出鬼没，使敌人发现不了自己的行踪，听不到自己的声音，才能掌握战争的主动权。从古到今，战争的双方都明白这一普遍的道理，也都力争在作战过程中做到这一点。不管是原始的迷彩伪装，还是现代的隐身技术，都是为这一作战原则服务的。虽然战争环境发生了变化，作战手段也发生了变化，但是战争的基本原则并没有变化。轰炸机在作战行动中要摧毁对方的纵深目标，需要突破对方的防线，隐蔽行动更显得重要。各种技术先进的探测设备对常规轰炸机的突防构成了致命的威胁，采用隐身技术，推迟探测设备的发现时间、降低探测设备的发现概率，成为了新一代轰炸机的必然选择。     

急剧机翼失速项目的成就

急剧机翼失速（AWS）项目解决了飞机跨音速阶段的非指令性横向运动问题，比如机翼下沉和机翼摇摆。这一项目的起源是，在19世纪90年代后期，F／A-18E预生产型飞机在机动包线的中心位置出现了机翼下沉。通过前缘襟翼运动程序的修改和在机翼折叠处增加带孔整流板，解决了F／A-18E／F飞机的问题。尽管如此，启动了AWS项目，作为对F／A-18E／F研制时技术准备不充分的亡羊补牢之举。AWS项目的目的是，找出F／A-18E／F飞机存在问题的根源、获得对引起机翼下沉的气流机理的深刻认识、找到相应的方法和分析工具，使得将来的项目在试飞之前就可以发现此类问题。文章回顾了AWS项目的目标、技术水平现状、获得的成就以及研究结果的影响等。总结了经验和教训，以利于以后的项目，在试飞之前就可以预测到飞机的横向运动。     

作战飞机动力装置气动力优化

以优化作战飞机动力装置的气动力设计为中心，首先分析了作战飞机动力装置的气动力要求以及目前在设计中存在的一些问题，详细论述了进气系统与排气系统的优化设计方法。随着发动机技术的进展和飞机的作战使用要求的不断提高，发动机进气和排气系统的设计变得越来越复杂，不但要适应飞机的飞行速度和高度的变化，还要能够满足飞机的隐身性要求，利用CFD技术可以开发先进的分析方法，分析复杂的流场，从气动力方面优化飞机的进气系统和排气系统。     

美俄下一代战略轰炸机技术方案分析

根据美国和俄罗斯新一代战略轰炸机的论证过程,分析了驱动战略轰炸机不断发展的主要因素和新一代战略轰炸机的作战需求。美俄新一代战略轰炸机都采用了亚声速飞翼布局的多用途武器运载平台,但其设计考虑有所不同,美国突出网络中心战能力,而俄罗斯强调飞机自身的隐身能力。美国和俄罗斯战略轰炸机技术方案的选择均有其军事战略、技术水平、经济实力、工业基础等方面的现实考虑。     

考虑气动不确定性的鲁棒机翼颤振抑制

对一柔性机翼颤振抑制的鲁棒控制律设计用作考虑频域气动不确定性的鲁棒气动侍服弹性稳定性分析，提出用最小控制功率使机翼稳定的问题。因此，在鲁棒闭环稳定约束情况下把数字优化用于简单低阶控制装置的范数最小化。通过对结构奇异值的上界和从线性稳定性分析得到的特征值提出约束，在优化问题上强制鲁棒稳定性，用增益调度综合得到的控制装置，并在风洞实验中演示了鲁棒机翼颤振抑制。