从新型民机选材看复合材料的应用之路

复合材料的用量曾是波音787与空中客车A350XWB宽体客机市场竞争的焦点之一。首先推出的波音787结构复合材料的用量高达50％,随后的A350XWB则达到了52％。按照这一趋势,当年甚至有分析家指出,未来窄体客机结构复合材料用量将会达到65％以上。     

基于参数化模型的大型民用飞机设计航程研究

航程和座级直接反映民用客机的市场定位,是飞机产品能否被市场广泛接受的关键因素。目前全球大型客机市场由波音和空客两家公司垄断,又细分为窄体客机、宽体客机和超大型客机等市场。其中,宽体客机的航程跨度较大,是否发展中、短程宽体客机的争论从未终止。伴随空客公司推出A330区域型客机,中短程宽体客机是否有利可图的争论更加炙手可热。有鉴于此,基于全参数化飞机模型,研究了特定座级下设计航程与机翼、发动机、特征重量、气动特性以及燃油经济性之间的关系,分析了设计航程对民用飞机总体设计带来的影响,从技术层面阐述了设计航程变化带来的收益及代价。     

大型民机复合材料机翼结构设计与分析

大型客机强调安全性、经济性、舒适性和环保性,这些性能上的高要求决定其对复合材料需求的迫切性和必然性.本文基于CJ828双通道宽体大型民机的设计方案,对全复合材料机翼结构进行了详细的总体设计并完成相应结构分析.根据CJ828飞机机翼的结构特征和飞行受力情况,用工程估算方法估算出机翼主承力结构几何尺寸,然后进行结构尺寸优化.对机翼蒙皮,翼肋复合材料层合板给出具体的铺层设计,建立机翼主承力翼盒有限元模型.基于HYPER-WORKS软件平台完成对机翼的静强度分析,并与金属机翼进行性能对比分析.后续完成机翼结构的固有频率计算,最后完成了机翼结构的模态瞬态响应分析.对实际工程中复合材料机翼结构设计有一定的设计参考价值.     

航空材料供应链发展态势

近年来,随着飞机订货量的增加,制造商不断提高生产率,其在选材应用上的变化推动了整个材料供应链竞争态势的改变。在飞机结构中,尽管钛的应用比例增加很快,但目前仍算不上是航空结构主材。铝合金材料在航空领域的再度崛起主要目标是窄体飞机项目。复合材料则仍将在宽体飞机广泛应用,未来不仅不会走向衰落,还会不断推陈出新。     

民用客机空间布置的经济性思考

民用客机正在不断宽体化、大型化,在窄体机无法合理利用的内部空间,对于宽体机而言却是一个可以再利用的空间。通过对民用客机的空间经济性进行分析,对空间进行重新组合分配,在不提高飞机总成本的情况下,可以提升飞机的盈利能力。本文对国内几家航空公司的年度财务报表进行分析,可以得出客运空间收益要大于货运空间,而其他空间对飞机的经济性贡献较小。这一点,构成了民用客机空间布置时的经济性原则之一。     

单通道窄体客机发展和市场研究

单通道窄体客机是使用最为广泛、数量最多、市场需求量最大的一类客机,产品发展活跃、更新快速,技术综合、带动作用明显,研制和发展窄体客机具有重大经济和技术意义。首先介绍窄体客机概念,基于典型机型技术参数和特性总结分析窄体客机的特点;根据载客量/座位数和航程参数将窄体客机分为三类。其次,分析窄体客机产品及技术的发展,回顾1960年代以来的世界主要窄体客机产品的发展历程,归纳窄体客机发展特点、持续改进和系列化发展的方式。最后,分析世界窄体客机市场需求、使用情况、产销数据及当前市场特点,展望未来市场。     

韩亚航将采购大量新机

韩亚航已经向空客、波音和麦道就40架定于1998/9年开始交付的新的窄体和宽体飞机招标。韩亚航预测届时将需要大约20架新的100～150座的短程及20架左右的中、远程宽体客机,投标期限是今年年底。为了满足短程运输的需要,韩亚航把注意力集中在空客A320、第3代B737     

CJ828复合材料水平尾翼结构初步设计与分析

根据大型宽体客机的特点,结合飞机结构设计特别是复合材料结构设计的原则,运用现代飞机设计理论分析,对大型双通道宽体客机的水平尾翼进行了初步设计.首先确定了水平尾翼的主要主承力结构的布置形式,其次计算了水平尾翼在飞行过程中的载荷情况,进行合理选材,根据各结构元的受力特点确定细节尺寸和铺层形式.在CATIA软件中创建三维模型,在MSC.Patran/Nastran中进行有限元静强度校核,并进行了受力翼盒蒙皮铺层的优化,得到的结果满足预期设计许用值目标,并实现了等强度设计.     

窄体客机复合材料应用态势分析

近期,航空复合材料业界发生了两个令人关注的事件,事件之一是波音787全复合材料客机发展项目一再拖期,一些人认为这是因为过度使用复合材料所致;另一起事件则是日本在其MRJ支线客机上采用复合材料机翼的计划未能最终实现,而是改用了铝合金机翼.     

单通道窄体客机气动力设计技术分析

气动力设计是单通道窄体客机的重大关键技术,对飞机性能影响重大。初步梳理和简要分析窄体客机的气动力设计技术,主要方法是典型机型的实例研究和相关数据统计分析和对比,内容包括机翼气动力设计、增升装置、翼梢小翼、CFD技术应用等。机翼气动力设计分析部分首先概述设计重要性和要求;之后给出典型飞机机翼气动力设计实例及主要参数统计数据,包括翼型、平面形状、飞机性能参数等;列出机翼内段-翼根区域气动设计、短舱-吊挂-机翼一体化设计等设计研究课题并简析。增升装置部分首先分析设计难点和问题,之后统计分析波音737和A320各代机型的增升装置设计,包括前缘后缘增升装置类型和主要参数等。翼梢小翼部分给出融合式小翼、双羽小翼减阻数据和展向升力分布改善图。最后简要介绍了波音公司、空中客车公司和我国CFD技术发展应用情况。     

C系列飞机先进技术和发展分析

C系列是新一代单通道窄体干线客机,其技术和研发过程有很好参考借鉴作用。在收集整理大量资料的基础上,对C系列飞机进行初步分析,介绍和分析飞机的研制和发展情况、设计和制造技术,并分析市场和发展前景。C系列飞机的气动力和总体布局设计、复合材料机翼、铝锂合金机身段等技术,研发中遇到的困难问题及其解决过程和方案,都值得学习和借鉴。     

动力干扰下宽体客机机翼多目标优化设计

在机翼/机身/吊挂/动力短舱（WBPN）构型中开展了宽体客机机翼外形多目标优化设计。通过对动力短舱流场的动量积分，分析了直接用壁面积分"阻力"作为机体外形减阻优化设计目标函数的合理性。计算研究了短舱/吊挂的安装，以及发动机喷流对翼吊布局宽体客机机翼的干扰作用，展示了同时在安装效应和喷流干扰下设计机翼外形的重要性。运行搭建于超级计算机上的优化系统，求解雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程计算流场，实现了动力干扰下机翼外形的三点三目标优化设计。在80 h内，完成了近20 000个方案的计算评估，遗传优化近40代。所选的最优方案阻力发散性能明显提高，自动优化后的人工修形设计使机翼剖面展向过渡和压力分布形态更为理想。动力构型下取得的减阻效果，在通气短舱构型下亦得到验证和确认。     

A350XWB客机研制新进展

空客公司在A350XWB客机上采用碳纤维复合材料,这一设计理念能够通过选择最合适的纤维覆盖层数和蒙皮厚度来减轻飞机的重量,同时更易于维护和修理;而且得益于全新的复合材料机翼设计,A350XWB客机的巡航速度可以达到0.85马赫,与A380客机的巡航速度相同。     

宽体喷气式客机发展现状及趋势

在总结宽体喷气客机的主要性能优势并简要回顾其发展历程的基础上,对各代宽体客机的性能特点、关键技术及使用情况进行了分析概括,同时对宽体客机发展的未来趋势进行了展望。     

伴随压力分布反设计方法在大型客机气动优化中的初步探索

从工程应用角度出发,对离散伴随压力分布反设计优化方法在宽体客机机翼设计中的应用进行了研究。提出了三维构型伴随压力分布反设计与伴随优化相结合的优化设计思路,促进了离散伴随气动优化设计方法的工程化。首先,针对CRM机翼构型进行了三维压力分布反设计,验证了离散伴随压力分布反设计在三维问题中的准确性和高效性。其次,应用提出的新的优化设计思路,在某宽体全机构型两点气动优化结果的基础上,引入压力分布反设计约束方法,改进了机翼压力分布和低马赫数的阻力蠕增特性,并取得了不错的减阻及阻力发散特性提升效果,提升了优化构型的工程适用性。     

宽体客机气动标模CHN-T2设计

发展商用运输机标模是我国独立发展具有自主知识产权的先进民用飞机的重要支撑手段,对验证CFD技术和确认风洞试验品质具有重要意义。结合国内外主流宽体商业客机的布局特点和气动设计需求,基于自主开发的AMDEsign设计平台,设计研发了宽体客机标模CHN-T2。标模设计马赫数0.85,设计升力系数0.48。模型充分体现了主流宽体商用客机典型的双通道机身/超临界机翼/平立尾/翼吊通气短舱等几何特征,具有典型的部件间强干扰/激波分离/转捩等流场特征以及优异的高亚声速巡航/高升阻比气动效率等性能特征。通过气动外形优化设计、短舱吊挂组件影响及雷诺数效应等研究,并结合风洞试验数据对比分析,最终确认CHN-T2模型巡航升阻比达到21.8、阻力发散马赫数约为0.872、抖振边界大于1.3倍巡航升力系数、风洞试验准雷诺数为3×10⁷。研究认为,CHN-T2模型具有良好的气动性能,能够作为先进宽体客机气动标模进行应用推广。通过持续建立的丰富气动数据库和流场影像,可有力支撑宽体客机流动机理分析、CFD技术验证与确认、先进风洞试验技术发展验证、CFD与风洞数据相关性等研究。     

2021年全球各地区MRO展望

正2020年,对于整个航空业来说,所有人的目光都集中在航空公司的客座率和机队利用率上。其中,机队利用率是与MRO发展直接相关的数据之一。据《航空周刊》预测,在新冠疫情早期封存的一半飞机要到2023年才会恢复运营。所以飞机封存与维护、退役飞机及二手部件管理是当前及短期内最为热门的话题和繁忙的业务。同时预计2021年全球将对国际旅行持续保持限制,窄体MRO市场将在宽体市场回暖之前会出现强烈反弹,而宽体飞机则会大量流向货运市场。因此,预计窄体飞机及其发动机的市场份额将会在后疫情时代增大。     

基于后缘襟翼偏转的大型客机变弯度技术减阻收益

为了满足工程实际约束，针对宽体客机内外襟翼位置与偏角卡位进行了机翼后缘变弯度减阻收益研究。使用雷诺-平均Navier-Stokes（RANS）方程对襟翼不同后缘偏角采用遍历的方式进行了气动力评估，得到后缘襟翼最佳偏角；探究了变弯度技术在非设计点的减阻收益，以及变弯度技术对宽体客机阻力发散和抖振边界设计要求的拓展能力，进一步采用远场阻力分解方法探究了设计结果的减阻机理。结果表明，在变马赫数的非设计点，考虑俯仰力矩系数配平之前，阻力能获得一些收益，但考虑俯仰力矩系数配平后，变弯度后的阻力系数不减反增；当升力系数发生变化时，变弯度在考虑俯仰力矩配平的情况下，均能取得一定的收益；变弯度技术也减缓了抖振点激波诱导分离的趋势，对抖振特性有较好的改善作用。基于后缘襟翼偏转的变弯度减阻收益评估和机理分析，能为宽体客机机翼变弯度设计提供参考。     

基于NSGAII算法的宽体客机商载航程研究

宽体客机研发模式已从传统“单一机型”向“系列化机型”转变。根据宽体客机系列化设计通用性准则,对其设计方法进行了研究。建立了以宽体客机系列化设计制造成本、最大起飞重量间差值总和为目标函数,各机型商载能力为约束条件的宽体客机系列化设计模型。利用非劣排序遗传算法（ NSGAII ）,对宽体客机系列化设计模型求解,得到符合条件的Pareto解集,取解集中的两个方案进行比较分析,其结果具有一定的实际意义,为宽体客机制造商在宽体客机系列化设计过程中商载航程的选取提供了一种依据。     

民用客机可变弯度机翼优化设计研究

远程宽体客机在实际飞行状态下,机翼变弯度有效减阻能够提升客机性能和飞行品质。以全机配平构型为研究对象,基于襟翼、扰流板偏转建立变弯度模型;采用 RANS 方程实现阻力的精确求解并建立响应面模型,对不同升力系数、马赫数的多个飞行状态进行变弯度减阻优化;在此基础上,对实际飞行过程中变弯度操作需求及综合减阻性能进行分析,并采...