双尾撑布局弹性飞机配平诱导阻力分析与优化

基于能量方法推导了弹性飞机静气弹配平方程,提出了用定常涡格法结合Trefftz平面理论与阻力计算经验公式来求解弹性飞机定直平飞配平状态诱导阻力与配平阻力的分析思路,建立了通过机翼几何扭转角优化配置减小全机诱导阻力的分析方法.以某双尾撑无人机为例进行研究,分析发现尾撑纵向弯曲刚度对该布局飞机的全机诱导阻力、升降舵配平舵偏型阻及全机阻力等参数有重要影响.优化分析结果表明:通过机翼扭转角的合理优化,可使全机展向升力分布形式更接近于椭圆分布,进而有效减小全机诱导阻力,且对其他阻力分量也有一定的减缓效果.     

超音速旅客机设计中两个重要的技术要求

超音速旅客机SSA(Supersonic Airliner)是未来商用运输机发展的一个重要方向.在研究新一代SSA载荷、航程、速度等指标的基础上,推导出SSA设计中2个重要的技术要求.一是通过创造性地仿照亚音速客机机身布局方法,提出适用于SSA的机身布局方法,推出SSA乘客总数对机身布局的要求.算例分析表明,这种机身布局方法具有一定的合理性和工程实用性.二是作相关假设后,对布雷盖(Breguet)航程公式进行变形,再利用重量估算方法,导出起飞总重量、任务燃油消耗量与巡航升阻比的关系,得到运营经济性对SSA巡航升阻比的要求.所揭示的这2个技术要求在进行SSA多学科综合优化设计中具有重要作用和指导意义.     

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.      

改进遗传算法在飞机总体参数优化中的应用

基于飞机总体参数设计中的多目标优化问题,提出了改进的多目标遗传算法.算法围绕Pareto最优解的概念,利用遗传算法的内在并行性,设法求取多目标优化问题的"Pareto前沿".将不同的改进遗传算法应用于同一干线客机总体参数优化设计中,要求巡航升阻比和有效载荷系数两个目标达到最大,并对各种算法所得的结果进行综合分析与比较,结果显示:基于Pareto排序的多目标优化算法(NSGA,Non-dominated Sorting Genetic Algorithm)的Pareto解最优,可以支配改进的向量评价遗传算法(VEGA,Vector-Evaluated Genetic Algorithm)和随机权重遗传算法(RWGA,Random-Weight Genetic Algorithm)的结果;而VEGA和RWGA的结果互有优劣.      

民用飞机机翼结构快速设计及自动化调整

为提高总体设计的质量和效率,研究了民用飞机机翼结构及整体油箱的设计措施,并在一个开放式飞机总体设计环境中实现这一功能.定义了飞机翼面坐标系,提出了机翼、梁/墙、桁条、翼肋和蒙皮的参数化描述及模型构建方法,建立了交互式机翼结构及油箱三维设计环境,自动获取结构及油箱的体积、重量、重心和惯性矩等物理信息.在此基础上,实现了机翼结构和整体油箱的自动化模型调整及几何体质量特性的自动重算,为总体设计阶段进行飞机重量、气动和结构的多学科设计优化奠定了基础.最后,给出设计实例说明了机翼结构的设计和自动化调整方法是有效的.     

混合遗传算法在气动弹性多学科优化中的应用

利用遗传/敏度混合优化算法对复合材料前掠翼飞机进行气动弹性剪裁设计研究.在满足强度、位移、升力效率、副翼效率、发散速度和颤振速度等约束条件的前提下,以机翼复合材料蒙皮铺层的厚度为设计变量,对蒙皮进行重量最小化设计.研究表明,在飞机结构初步设计阶段单纯使用基于敏度的优化算法,很难满足设计上的要求;使用遗传/敏度混合优化算法可以取得较好的结果,该方法适用于飞机结构初步设计.还研究了偏轴角对优化重量的影响.分析结果显示,对于文中所研究的这类蒙皮使用由0°、90°和±45°纤维组成的铺层的复合材料前掠翼飞机,在满足多个约束条件的前提下,其优化重量对于偏轴角的变化相对不敏感.      

考虑多巡航工况的大型飞机气动弹性优化

针对目前大型飞机机翼常见的单点优化设计方法在考虑多巡航工况情况下非设计点性能较差的问题，提出了一种多工况气动弹性综合优化框架，考虑了不同的巡航工况，对大型飞机复合材料机翼开展气动弹性优化的研究。以最小机翼结构质量为目标，在气动弹性、应力/应变、强度等条件的约束下，通过遗传算法对机翼型架外形的蒙皮、腹板、凸缘等复合材料部件的铺层厚度展开设计，并根据优化结果进行了型架外形设计，采用高精度CFD/CSD耦合方法分析和校验了优化结果的升阻特性。研究表明:在不低于设计巡航外形气动性能的条件下，综合多巡航工况的气动弹性优化能有效减轻结构质量，从而减少整体燃油消耗。进一步对比分析了多巡航工况优化与单巡航工况优化，研究了巡航工况数目与优化结果之间的关系，结果表明:综合考虑多巡航工况的优化结果性能更好，且优化结果的整体性能随着优化巡航工况数目的增加而提升。      

考虑壁板刚度匹配的大型飞机复合材料机翼气动弹性优化设计

针对大型飞机复合材料机翼,发展了一种考虑壁板刚度匹配的气动弹性优化设计方法。基于敏度算法,以结构质量最小化为目标,以壁板刚度匹配、颤振速度、翼尖变形、设计许用值、工艺性等为约束,在严重载荷状态下设计复合材料机翼结构,研究不同壁板刚度匹配要求对于优化设计结果的影响,并与传统优化设计结果进行比较。结果表明:考虑壁板刚度匹配需要付出一定的结构质量,但对局部稳定性设计、损伤容限设计和大型复合材料壁板制造有利;壁板刚度匹配设计范围对于优化设计结果影响显著,需要根据设计和制造要求合理确定;压缩设计许用值是影响复合材料机翼气动弹性优化设计的关键约束。      

面向对象的飞机概念设计系统中的重心估算

为了在飞机概念设计阶段有效而便捷地评估方案重量和静稳定裕度等特性,研究了在一个按照面向对象方式进行数据组织的计算机辅助飞机概念设计系统中进行重心及相应重量估算的措施.着重论述了重心估算部分的面向对象结构和采用的方法,尤其是根据相关部件的设计与造型特点估算燃油及起落架重心的方法.通过在设计方案的动态调整过程中估算其重量和重心,验证了该部分的适应性和可靠性,以及设计者交互地对估算的方法和结果加以控制的灵活性.      

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。      

无人作战飞机对地攻击效费比分析

UCAV(Uninhabited Combat Aerial Vehicle)具有高隐身、高机动、不涉及飞行员以及全寿命周期费用低等特点.针对UCAV的特点,应用适应现代作战飞机效费比分析的方法和手段,仿真计算了UCAV的隐身、作战半径、机动能力以及武器装载等主要设计参数与对地攻击效能的关系,计算了UCAV主要设计参数与全寿命周期费用的关系,研究了未来UCAV同有人作战飞机及巡航导弹在面临相同的威胁环境、执行相同的对地攻击任务时的效费比情况,并对UCAV在未来作战中的地位进行了分析.研究表明,UCAV在执行对有防空系统保护的敌重要目标进行攻击的任务时,综合效费比高于巡航导弹和有人隐身飞机.