可应用于民机空气动力设计中的数值优化方法简

 目前民机成功设计的一个关键要素即在设计中有效地引入计算流体力学（CFD）的模拟方法和软件,特别是具有设计能力的方法和工具。本文概要地叙述了反设计、基于CFD低可信度和高可信度模型等数值优化方法的发展和应用于民机设计的历史和现状;简单地介绍了即将举行的空气动力优化设计计算系列研讨会;重点讨论了对可应用于民机设计的基于Navier-Stokes方程解算器的OPTIMAS的数值优化方法的要求及其构造方法,并以翼身组合体整流外形和翼身融合体（BWB）外形的算例表明其有效性,说明OPTIMAS可以成为民机日常设计的方法和工具之一。     

可应用于民机空气动力设计中的数值优化方法

目前民机成功设计的一个关键要素即在设计中有效地引入计算流体力学（CFD）的模拟方法和软件,特别是具有设计能力的方法和工具。本文概要地叙述了反设计、基于CFD低可信度和高可信度模型等数值优化方法的发展和应用于民机设计的历史和现状;简单地介绍了即将举行的空气动力优化设计计算系列研讨会;重点讨论了对可应用于民机设计的基于Navier-Stokes方程解算器的OPTIMAS的数值优化方法的要求及其构造方法,并以翼身组合体整流外形和翼身融合体（BWB）外形的算例表明其有效性,说明OPTIMAS可以成为民机日常设计的方法和工具之一。     

CAE-AVM标模巡航构型的设计和数据库应用

受计算流体力学（CFD）与风洞数据相关性研究以及新型远程飞机设计能力建设等需求驱动,巡航马赫数0.85量级气动标模的研发日益得到重视,并受益于先进CFD方法和风洞精细化试验验证技术的发展,得以顺利开展。本文介绍了民机标模CAE-AVM巡航构型及其原准机的总体布局和气动方案设计,给出了远程商务飞机和该速域下气动标模的设计特点分析,提出了气动标模风洞试验的特别要求和解决方案。文章同时给出了CFD与风洞数据的对比验证结果,以及CAE-AVM标模数据库建设状况和典型应用案例。研究表明,CAE-AVM标模在马赫数0.85、升力系数0.5、雷诺数2×107的设计状态下,升阻比为17.6,抖振升力系数和阻力发散马赫数等参数均满足设计要求。研究中实现了同步测力、测压、测变形和测转捩的精细化试验技术,试验前针对包含模型机翼气动弹性变形和支撑机构的真实试验外形的CFD预评估有效提高了试验效率。CAE-AVM数据库及其在CFD软件验证、CFD-风洞数据相关性研究、风洞动态和精细化试验技术开发以及民机设计分析方面的应用,表明了共用标模的必要性和实用性。     

基于模型的民用飞机集成设计研究

在研究基于模型的飞机集成研发方法发展历程的基础上,结合民机开发集成的主流设计方法与新技术,研究了基于模型驱动系统工程的设计技术。深入分析基于模型驱动系统工程的相关基础理论和实际应用,进而推动集成研发技术的进一步发展,对于逐步实现飞机集成研发过程的完整性和系统性具有重要意义。     

模型驱动的民机数字化制造工艺技术研究与实践

新一代涡桨支线民机正在构建以模型数据驱动、设计制造一体化为典型特征的全数字化研制体系。以模型为核心驱动制造工艺数据构建和传递的技术,正成为我国支线民机研制的新模式。详细介绍模型驱动的数字化制造技术特征和方法,阐述了某型国产民机制造业务模型和协同平台架构的内容,总结了模型驱动思想在国产民机数字化制造工艺技术应用过程中的具体实践内容和成效,对未来的应用趋势进行了展望。     

翼身融合民机总体气动技术研究进展与展望

翼身融合（BWB）布局作为下一代亚声速民机主流方案已得到共识,研究步伐正在加快,进入工程应用指日可待。在回顾国内外BWB民机发展历程的基础上,简要阐述了飞翼布局（FW）和BWB布局的差异,明确了BWB概念特征及应用范围。聚焦BWB飞机总体气动设计中的技术挑战和对策,重点论述分析了BWB布局技术瓶颈及设计思想演化,新型结构与重量估算、适航符合性等总体设计问题,气动布局设计原则、高-低速性能协调等气动布局设计问题,飞-发干扰与一体化设计、新型发动机技术应用等飞机-发动机综合集成设计问题,降噪技术及其衍生的设计冲突、考虑噪声指标的总体设计策略等问题。并从技术进展和工程可实现性角度,展望了BWB民机的发展趋势。     

民机电传飞控系统故障检测与容错技术

现代民机广泛采用数字式电传飞控系统,它有利于飞机减重、飞行品质改善、飞机维护性改善等。民机电传飞控系统需满足严格的安全性与可用性要求,保证飞机取证与运营可靠性。故障检测与容错技术是实现高度安全可靠电传飞控系统的关键。该文阐述了已应用于现代民机的故障检测与容错技术,重点介绍了波音、空客公司故障检测与容错技术应用于民机设计的成功案例,对未来民机容错技术发展进行了探讨与展望。     

基于模块的民机全面构型管理研究及应用

将基于模块的构型管理方法应用到民机研制过程之中,在型号研制初期综合考虑需求、设计、制造、客户服务、保障、试飞和适航等各方面的要求,按照模块化思想并规划模块和产品结构,提高了模块的可重用性;通过飞机特定构型表记录构型配置信息,实现工程研制和构型管理的分离,建立面向设计与制造协同的构型管理体系,简化了民机研制中的构型管理,清晰、准确地记录了飞机的构型状态,确保了设计与制造的一致性。     

适航性条例、飞行品质规范和设计准则

阐述了世界各国民用飞机适航性条例概况。分析对比了美国、英国、俄罗斯等国适航性条例的内在联系和差异,探讨了民机设计过程中综合应用民机适航条例、军机飞行品质规范和某些特定的设计准则的原则以僦新一代民机设计中可能出现的一些飞行品质问题。指出：我国新一代民机的设计,应满足ＣＣＡＲ的各项要求,参考军用飞机飞行品质规范,并借鉴世界各航空公司制订的设计准则,以逐步形成我国自己的民机飞机品质设计要求。     

面向CPCP要求的民机结构腐蚀控制方法研究

腐蚀是一个自然现象,腐蚀存在其必然性,同时由于飞机结构设计的独特性,更增加了一些不可抗拒的腐蚀根源。本文结合民机结构腐蚀防护与控制大纲CPCP要求（即腐蚀防护和控制的最低要求）对飞机结构使用环境特点、结构腐蚀特性、影响因素等方面进行了初步的分析,并对民机防腐设计方法进行了初步的应用研究。     

基于SVR多学科设计优化代理模型技术研究

为挖掘设计潜力,提高飞机设计质量,通过代理模型方法研究了多学科设计优化(MDO)。基于径向基函数模型,研究了一种新的代理模型技术--支持向量回归方法(SVR)。通过数值算例和某通用航空飞机多学科设计优化应用算例对支持向量回归方法的有效性进行了验证。研究结果表明,支持向量回归是一种比较有效的代理模型方法,在飞机多学科设计优化的理论研究和工程实践方面具有重要的参考意义。     

Effects of stability margin and thrust specific fuel consumption constrains on multi-disciplinary optimization for blended-wing-body design

Blended-Wing-Body(BWB) configuration, as an innovative transport concept, has become a worldwide research focus in the field of civil transports development. Relative to the conventional Tube-And-Wing(TAW) configuration, the BWB shows integrated benefits and serves as a most promising candidate for future ‘‘green aviation". The objective of the present work is to figure out the effects of the stability margin and Thrust Specific Fuel Consumption(TSFC) on the BWB design in the framework of Multi-Disciplinary Optimization(MDO). A physically-based platform was promoted to study the effect static stability margin and engine technology level. Low-order physically based models are applied to the evaluation of the weight and the aerodynamic performance. The modules and methods are illustrated in detail, and the validation of the methods shows feasibility and confidence for the conceptual design of BWB aircrafts. In order to find out the relation between planform changes and the selection of stability and engine technology level, two sets of optimizations are conducted separately. The study proves that these two factors have dominant effects towards the optimized BWB designs in both aerodynamic shapes, weight distribution, which needs to be considered during the MDO design process. A balance diagram analysis is applied to find out a reasonable static stability margin range. It can be concluded that a recommended stability margin of a practical BWB commercial aircraft can be half of that of a conventional TAW design.     

多学科设计优化算法及其在飞行器设计中应用

多学科设计优化(MDO)算法是复杂系统设计优化的策略。对现有的各种MDO算法及其在飞机设计中应用状况进行分析、归纳和评述。内容包括:MDO问题的表述及其有关术语;MDO算法的任务;现有的MDO算法及其应用。     

数字孪生技术在飞机设计验证中的应用

随着工业4.0技术的发展,数字孪生技术正在不断渗透到工业生产和新产品研发的各个领域,并为新产品研发带来综合性能整体优化、研发成本降低、研制周期缩短等优势,是提升新产品市场竞争力的重要手段。在现代民用飞机研发过程中,从型号需求、初步定义、详细设计、生产试制、试飞取证和运营维护等产品全生命周期内,都可以利用数字孪生技术,实现虚拟和物理的无缝对接,尤其在飞机设计验证方面,更可以做到更优、更广、更快、更省。然而,在我国民用飞机研制项目中,还未形成数字孪生应用体系。本文通过对飞机架构模型设计、多模型构架集成以及模型参数辨识和验证几个方面,对数字孪生技术在飞机设计验证过程中的应用技术进行了探讨。经研究发现,数字孪生技术对飞机型号研制各阶段的设计验证,尤其是集成试验验证提供了重要的指导作用和技术支持,为民用飞机适航验证和运维服务提供了更快、更经济、更强有力的支持与保障。     

MDO环境下的BWB气动模型及在概念设计中的应用

提出了MDO环境下分析亚音速BWB布局的气动模型建立途径,以升力面理论为基础,修正型阻、波阻与涡升力的影响,来分析非常规布局的气动特性,实现了比传统概念设计方法更高的分析精度和比CFD快得多的计算速度。通过与大展弦比平直机翼和小展弦比三角翼实验数据的对比,验证了分析模型的有效性;并将其应用于一个亚音速BWB布局的概念设计优化过程,实现了基本的气动／结构一体化设计。可靠的分析模型的建立将成为BWB布局飞机多学科设计优化的坚实基础。     

多学科设计优化在非常规布局飞机总体设计中的应用

以飞翼布局飞机总体设计为例,展示如何将多学科设计优化(MDO)方法有效地应用于非常规布局飞机总体设计.基于二级优化方法,提出一种飞机总体MDO实施流程.该流程包括系统级优化、子系统级优化(或评估)和多学科模型生成器3个部分.系统级优化的任务是优化全局设计变量,使系统目标最优.子系统级优化涉及的学科包括气动、隐身、结构、...     

飞行器BLISS分布式平台的研究与实现

用matlab和VC 作为开发工具,开发出基于tcp/ip协议和windows socket的适合于飞行器BLISS的软件BLISS Platform。BLISS Platform采用客户端/服务器构架,集成了协作优化算法,是适合于多学科设计优化的分布式计算机网络软件平台。平台的底层通讯模块由VC 程序实现,仿真优化程序由matlab开发,在matlab环境下修改飞行器数学模型就可实现对不同飞行器模型的优化设计。最后用BLISS Platform并行实现了一简单的超音速飞行器概念模型的优化设计,取得了较好的结果。