基于成本的民用飞机可靠性与安全性一体化设计

民用飞机的直接使用费用与飞机的设计方案及设计参数直接相关,是民用飞机经济性设计中考虑的主要因素。可靠性和安全性是民用飞机产品的固有属性,是保障飞机使用安全的前提条件,其参数化设计被视为制约飞机效费比的重要因素。为提高民用飞机经济性在民航市场中的竞争力,在初始设计阶段,以系统工程的观点,综合考虑可靠性、安全性和成本之间的联系,提出基于成本的可靠性与安全性一体化设计思想,建立以可靠性、安全性最优为目标,飞机成本、飞机各性能参数为约束的优化模型;提出基于成本的民用飞机可靠性与安全性一体化设计与验证流程,并通过案例进行验证。本文所提设计策略可为我国新一代大型民用客机研制提供技术支撑。     

民用飞机维修性参数选取和指标确定方法研究

民用飞机维修性参数选取和指标确定是维修性设计的基础工作之一,为了反映出民用飞机的维修性、运营费用和维修人力等方面的目标,需要选择合适的维修性参数并确定维修性指标。国产民用飞机由于缺少研制经验和设计资料,无法使用成熟方法进行维修性参数选取和指标确定,针对这一问题进行研究。结合民用飞机的设计特点阐述了民用飞机维修性参数的选取方法,通过综合权衡民用飞机设计中各影响因素和维修性参数有效性,从与维修时间相关、与维修工时相关、与维修成本相关的三类参数中选取适当的民用飞机维修性参数。针对民用飞机设计现状,明确维修性指标的确定依据和具有实用性的方法,以使民用飞机具有良好的维修性。解决了国产民用飞机维修性参数选取和指标确定工作无参考依据的问题,为民用飞机维修性参数选取和指标确定提供了一条可行途径。     

基于可靠性、维修性和测试性的民用飞机供应商选择

民用飞机的研制需要供应商的协同和支持,因此民用飞机供应商的选择至关重要。为满足民用飞机着重于可靠性、维修性和测试性的设计理念,提出基于可靠性、维修性和测试性的民用飞机供应商选择方法。首先介绍民用飞机供应商的分类;其次建立基于不同类型民用飞机供应商的选择准则,并基于选择准则列举相对应的下属指标;最后采用层次分析法,建立氧气系统供应商的选择模型并模拟专家打分,得出不同供应商各准则和指标的权重,根据评分选择最优供应商。结果表明：该方法能够为民用飞机供应商的选择提供不同选择视角,满足现代民用飞机设计理念下对供应商选择的需求。     

民用飞机商载航程图解析方程的建立及应用

民用飞机的商载航程能力满足市场需求对民用飞机的成功至关重要,航程能力设计指标是否合理需要在方案初期结合市场特征进行全面的评估。通过推导商载航程图边界线的解析方程,建立了飞机总体参数与商载航程图的关系,构建了一种通过设计指标中的标准商载、设计航程以及特征重量参数即可快速准确求解出飞机商载航程图的方法。使得在性能计算输入参数有限的方案初期,仅通过基本的设计指标就能反映较为全面的商载航程能力,可应用于方案阶段基于市场需求的方案快速迭代,优化飞机设计指标。     

民用飞机设备可靠性设计

民用飞机可靠性设计的目标是保证飞机达到规定的可靠性定量指标和定性要求,以提高飞机的可靠度,降低运营费用,使飞机具有良好的经济性和市场竞争能力。民用飞机由数量巨大的各种设备组成,设备的可靠性是飞机可靠性的重要保证。     

基于双循环的离心叶轮多学科可靠性优化设计

 针对传统多学科设计优化方法中未能考虑不确定因素的问题,开展基于可靠性的多学科设计优化(RBMDO)方法的研究。以离心式压气机叶轮为对象,综合考虑工作状况和材料参数等随机性因素的影响,利用改进的一次二阶矩(AFOSM)法进行可靠性分析,通过双循环策略将多学科可行优化方法与可靠性分析相结合,合理引入近似技术,建立了基于可靠性的多学科设计优化系统。对某离心叶轮进行多学科可靠性优化设计的算例表明,在满足所有可靠性指标的前提下,该方法可实现离心叶轮综合性能的提高,并有效地缩减设计周期。     

空射弹道导弹助推段弹道设计与优化

在弹道优化设计研究中,针对空射弹道导弹弹道优化两点边值问题解析求解困难且对参数敏感的问题,基于将过程优化问题转化为参数优化问题的思想,采用了飞行程序角设计的参数优化方法。根据空射弹道导弹亚声速水平发射的特点,首先基于动力特性设计了其助推段飞行程序角模型,确定了恰当的控制变量参数化结构,在满足飞行过程的多种约束条件下,建立了弹道优化模型,引入序列二次规划法对其进行优化计算,从而实现了对确定优化目标的轨迹快速生成。仿真结果表明,弹道优化计算时间缩短,收敛速度明显提高,可在原有设计基础上,提升优化指标16%,验证了该方法的有效性。     

民用飞机干燥系统分析设计

以建模和计算分析为手段,完成民用飞机干燥系统的需求分析和方案设计。首先建立民用飞机客舱横截面的几何模型和传热模型;基于饱和含湿量和温度之间的关系分析客舱顶部干燥控制需求;比较干燥控制需求和民用飞机典型巡航工况下的相关参数确定干燥系统设计方案;最后将设计方案与实际应用进行比照,实际应用和设计方案吻合较好,说明了设计过程的合理性。     

基于客户服务的机队运行监控系统开发

民用飞机的机队运行监控的目的是对机队的使用情况、可靠性状况等进行连续的监督与控制,以保证飞机安全的条件下,提高民用飞机的使用率和机队的使用可靠性水平。针对基于客户服务的新型民机运行监控系统的业务需求,设计了系统的功能结构和监控流程,分析了系统应采集的参数种类,阐述了系统采集参数的方法,并重点研究了运行监控系统的警告管理...     

可靠性设计在民用飞机环控系统中的应用

民用飞机环控系统可靠性设计的目标是保证飞机达到规定的可靠性定量指标和定性要求,以提高飞机的可靠度,降低运营费用,使飞机具有良好的经济性和市场竞争能力。民用飞机环控系统在设计中大量采用了冗余设计、成熟技术及标准化设计等设计手段,以保证飞机的可靠性和安全性。通过可靠性分析验证飞机平均故障间隔时间和签派可靠度是否满足环控系统设计要求。     

基于可靠性的民机防爆结构优化设计研究

最小风险炸弹位置(least risk bomb location,简称LRBL)结构作为应用于民航客机的防爆结构,在保证可靠性的同时,还应尽可能地减小结构质量。开展了基于可靠性的LRBL结构优化设计研究,首先以LRBL结构轻量化作为优化设计目标,选择LRBL结构的结构尺寸作为设计变量,然后确定约束为结构可靠性指标,采用响应面法结合可靠性指标转化得到优化模型约束函数,搭建LRBL结构的可靠性优化模型,最后采用内点法进行LRBL结构的可靠性优化求解。以某个LRBL结构设计方案开展了优化设计案例分析,结果表明在满足可靠性指标的基础上,优化后的LRBL结构质量减轻了45.08%,减重效果明显,对LRBL结构应用于工程实际具有指导意义和参考价值。     

基于可靠性的涡轮叶片双循环多学科设计优化

提出一种适用于涡轮叶片复杂结构的基于可靠性多学科设计优化方法.使用多学科可行性优化方法解耦.根据实验设计结果,通过Kriging模型建立多学科分析过程的近似模型,并在计算过程中不断更新近似模型.将Hasofer-Lind Rackwitz-Fiessler(HL-RF)可靠性计算方法和优化算法以双循环可靠性优化方法相结合,实现基于可靠性的多学科设计优化模型.实例分析表明,在保证结构的可靠度要求条件下,设计结果满足性能最优.验证了基于可靠性多学科设计优化方法在工程实践中的应用是可行的.      

基于鲁棒可靠性的不确定系统最优二次鲁棒镇定控制器设计

 基于二次稳定性准则，从可靠性这一新的角度考虑不确定系统的稳定性问题，提出了基于鲁棒可靠性的不确定系统鲁棒镇定控制器设计方法，将鲁棒控制器设计归结为基于可靠性的优化问题：以鲁棒可靠度为约束，极小化控制代价。依据该法设计的控制系统可满足稳定性意义上的鲁棒可靠性要求，并给出保证系统稳定性所要求的基本参数的最大鲁棒界限。适用于不确定参数的摄动范围准确已知和未知等情况。对F4E型战斗机的稳定控制器设计及对比研究表明了所提方法是实用、有效和可行的。     

高效层流翼型设计及试验验证

层流机翼设计技术是民用飞机减阻设计重要的发展方向之一。采用CST参数化方法及现代优化算法开展了面向工程应用的层流翼型设计方法研究,基于某层流技术验证机需求设计了一款层流翼型,采用数值计算和高速风洞试验对其层流特性进行了验证研究。研究结果表明,发展的设计方法可以实现层流翼型优化设计及反设计,优化翼型表面的层流区域显著扩大,升阻比有所提升;为验证机设计的层流翼段在设计点具有超过50%的层流区域,较传统翼段减阻量超过10%。研究结果对军民用高亚声速运输类飞机的层流减阻设计具有一定的参考价值。     

基于响应面法的可靠性稳健设计优化

针对极限状态函数和结构性能函数为隐式的结构可靠性稳健设计优化问题,将结构性能稳健性、可靠性灵敏度稳健性与6σ稳健设计思想相结合,建立了一种基于响应面法的可靠性稳健设计优化模型并给出了具体算法.采用多项式拟合结构性能函数和极限状态函数,推导了基于响应面函数的1阶可靠度指标以及性能函数均值和均方差的计算方程;将结构可靠度作为基本约束条件,采用序列二次规划法得到稳健设计优化结果.运用该方法对某涡轮叶片型线进行设计优化,经过优化后,静、动叶的动能效率均值分别提高1.5%和6.4%,动叶片最大应力均值下降7.9%,动叶叶身最大变形均值下降5.6%,动叶片结构强度可靠度由初始的91.3%提高到了99.9%.      

涡轮盘低循环疲劳可靠性设计方法

基于现有疲劳试验数据,建立了涡轮盘材料GH4133合金的循环应力-应变概率模型,并提出涡轮盘低循环疲劳可靠性设计方法。以有限元分析软件ANSYS为平台,利用APDL语言进行了涡轮盘3维参数化建模;通过灵敏度分析确定了涡轮盘结构概率分析中的主要影响参数;通过涡轮盘结构低循环疲劳可靠性分析和关键结构几何参数的反复修改,满足了涡轮盘的疲劳可靠性设计指标。该方法可为发动机其他关键结构的疲劳可靠性设计分析提供参考。     

基于网格参数化变形的单级涡轮多学科可靠性设计优化

基于自由变形技术发展了一种可以协调实现流场、结构分析网格参数化变形的方法,并实现单级涡轮的多学科可靠性设计优化。针对流场分析网格展向积叠的特征,将三维网格变形转化为不同叶高二维截面的网格变形;根据二维流场分析网格的拓扑结构,设计二维控制面,基于叶型设计参数建立叶型控制点、其他控制点伴随叶型控制点移动,实现了网格的参数化变形,避免了网格畸变、提高了网格变形的质量;不同叶高的二维控制面组成控制体,实现三维流场分析网格的参数化变形。采用相同的控制体进行结构分析网格的变形,实现了耦合界面网格协调变形。基于Kriging代理模型进行单级涡轮的多学科可靠性优化,在满足可靠性约束的情况下效率提高4.97%、寿命提高40.86%,证明了方法的有效性。      

民用飞机功能和可靠性试飞设计技术研究

为验证中国民用航空规章CCAR 21中有关功能和可靠性的要求,对民用飞机功能和可靠性试飞时间、试飞项目、试飞方法、试飞要求和合格判据等试飞设计技术进行研究,并在我国首款严格按适航条款要求进行合格审定的民用飞机ARJ21-700的飞行试验中进行了验证。结果表明,该试飞设计技术工程应用性强,可为后续其他军民用飞机开展相关试飞提供借鉴和参考。     

电子产品基于故障物理的可靠性设计优化方法研究

以基于故障物理的可靠性技术为指导,对电子产品可靠性设计优化方法进行了研究。通过对某型惯导系统电子单元的应用实践表明,本文介绍的可靠性设计优化方法,可以克服传统可靠性"设计-建立物理样机-试验-修改物理样机"的串行工作模式的不足,实现可靠性与性能一体化设计。对于目前高可靠、易保障和研发周期短的电子产品可靠性工作具有参考意义。     

民用飞机航线可维护件划分的权衡方法研究

航线可维护件划分是民用飞机维修性设计的重要工作之一，航线可维护件划分是经济性、维修性、可靠性综合权衡的结果，是客户需求的最直接体现。航线可维护件的合理划分能够提高飞机利用率，降低维修成本，提高航空公司的盈利水平。国产民用飞机的航线可维护件划分一般基于相似机型的经验，缺少科学系统的划分方法。航线可维护件的划分问题是近年来RMS领域亟待解决的问题之一。根据实际需要，提出了航线可维护件划分原则，并以初步定性分析、定量权衡为基础，综合考虑航线可更换项限制、相似机型经验、经济性、可靠性和维修性指标，提出一种航线可维护件划分的综合权衡方法，实现民用飞机航线可维护件的科学划分，为民用飞机可靠性、维修性设计分析工作提供支持。