浅谈基于IPDT的民用飞机重量控制技术

在民机研制过程中,有效地实施重量控制对于项目的成功非常关键。飞机超重不仅会导致设计和运营成本的增加,也将无法实现既定的商载和航程等设计指标。从各部门与重量控制工作的联系出发,结合某型民用飞机的设计实践,介绍了产品联合研发团队(IPDT)模式下重量控制的工作内容、工作流程和常用的减重方法,为民机的重量控制工作提供借鉴和参考。     

轻型通用飞机起飞总重估算方法研究

飞机的起飞总重是飞机的重要设计参数,概念设计阶段首先要做的重要工作之一就是确定飞机的起飞总重。以四人座低速活塞螺旋桨飞机为例,采用任务剖面法和商载航程法分别对起飞总重进行了估算,并对两种方法进行了修正,在此基础上,取两个计算结果的平均值作为最终的起飞总重估算值。通过与对比机型的比较,验证修正后的计算方法和结果是准确合理的,为通用飞机起飞总重的确定和选择提供了参考。     

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。     

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。     

民用飞机地面漂浮性分析研究及应用

民用飞机地面漂浮性是评估飞机-机场相容性的一个重要指标,其直接影响到飞机设计参数选择以及地面适应性的优劣。在总体概念设计阶段就必须对飞机的漂浮性能进行分析评估,从而选择恰当的飞机参数。对民用飞机在刚性道面和柔性道面上漂浮性分析方法做了简要说明,并针对国际民用航空组织所推广使用的ACN/PCN(飞机分类号/机场分类号)方法进行了详细分析研究,在此基础上,开发出了飞机地面漂浮性分析软件。通过直接输入飞机相关参数可以快速准确地计算出飞机分类号ACN值。可以有效地对飞机地面漂浮性进行评估和优化,从而解决了用手工方式评估飞机地面漂浮性时的繁琐及不准确,并降低了对从事飞机地面漂浮性计算的人员要求。     

低风险低成本高回报融合式翼梢小翼的功能与设计特点

在传统翼梢小翼技术的基础上,波音公司和其合作伙伴推出了一种更先进的“融合式”翼梢小翼,进一步提高了飞机的效率,增加了航程或商载,给航空公司带来可观的经济效益     

国产民机起飞场长限重不平衡起飞优化方法

为了充分利用机场跑道富余长度,提高国产民机商载能力,在满足民航适航和运行规章要求的前提下,就起飞重量、起飞速度比与平衡起飞决断速度对起飞距离的影响分别进行了单参数敏感性分析。通过仿真计算建立了实施组合参数敏感性分析的ARJ21-700飞机网格工具图,并进一步建立了不平衡起飞场长限重增量速查表,最后结合ARJ21-700飞机的实际运行环境对典型高原机场进行实例分析,比较了不同可用距离差异下使用不平衡起飞方法对场长限重和起飞速度比的影响。结果表明:实施不平衡起飞能够在满足规章要求的前提下有效利用跑道富余长度,增加商载能力,提升航空公司经济效益。     

民用飞机辅助燃油箱系统燃油转输油出口位置研究

面对不同的市场需求,民用飞机通常在取得型号合格证之后,通过改装,形成公务机~([1])、遥感机、海监机等在内的特种飞机。大航程、长航时是众多特种飞机的重要特点。民用飞机通常在货舱内加装辅助燃油箱~([2-3])以增加额外的燃油存储空间,增加载油量,从而增大航程。然而辅助燃油箱内的燃油不直接供给发动机,需在巡航阶段将辅助燃油箱内的燃油转输至基本燃油箱内,通过基本燃油箱内供油系统供给发动机~([4-8])。转输动力可以来自转输泵或者闭式通气增压系统,即辅助燃油箱与基本燃油箱产生一定的压差,通过该压差将燃油转输到基本燃油箱内。然而不同的转输口位置,将会导致燃油转输的控制逻辑不同。基于某民用飞机的基本油箱构型,通过不同的转输口位置分析,给出较为合理的转输口位置。     

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。     

飞机与发动机性能匹配分析

为了在设计初期快速实现飞/ 机发动机一体化设计,确定1 套系统的飞机/ 发动机性能匹配方法和流程,开发飞机/ 发 动机性能匹配计算程序,对某型飞机/新研发动机性能匹配特性进行分析。根据确定的新研发动机方案,针对新研发动机/原喷管 性能匹配问题进行计算分析。结果表明：通过研究分析为新研发动机设计提供了牵引性设计指标,确定了发动机循环参数,可为后 续方案的迭代和优化提供借鉴。     

先进战斗机生命保障系统

生命保障系统为适应新型战斗机发展需求,围绕"以人为保障对象"系统特征,采用基于系统工程的需求/功能分析方法,从飞机总体、生理、六性、飞管、任务等需求出发,提出系统需求,开展需求分析向工程实践转化研究,确定分解了系统、成品的设计及指标要求。通过系统架构优化、提高快速响应能力研究,建立大系统综合的系统架构。基于数据共享、控制融合的飞管平台以及氧气介质传感器技术,结合六性、FMECA和FTA,开展数字协同环境下生命保障系统综合设计,系统电子信息化程度取得突破,具备高度综合的全数字显示与控制、自主诊断和状态监测能力,获得高效维修保障能力,为实现玻璃化座舱、快速出动、快速布防、跨区域作战、自主保障提供有力支撑。     

翼身融合布局大型客机的重心分析

在翼身融合布局飞机的总体设计阶段,为评估飞机总体方案的重心范围,建立了重心分析模型.分析模型以翼身融合布局飞机的几何参数为基础,应用参数化方法快速完成客舱布置,以工程估算和代理模型两种方法完成飞机的重量估算并计算重心前后限,绘制重心云图.基于重心分析模型,在Matlab平台开发了重心分析程序.以555座级翼身融合布局飞机的总体方案为例子来验证本文开发的程序.结果表明本程序可快速实现BWB飞机的客舱布置和重心云图绘制,分析结果可为飞机的稳定性和操纵性评估提供重心数据.     

民用飞机直接维修成本分配模型研究

降低民用飞机直接维修成本是提高飞机经济性、增强市场竞争力的重要途径。以民用飞机研制阶段在很大程度上决定其维修成本的高低为背景,在分析相关文献研究成果的基础上,构建可反映民用飞机成本特性的设计参数结构层次图,基于TOPSIS-灰色关联法计算类似机型的相对相似度,进行民用飞机直接维修成本分配;将类似机型典型系统直接维修成本数据输入分配模型进行验证。结果表明：本文模型可较为准确地预测民用飞机系统级直接维修成本,计算结果满足工程要求,可为预测新研机型直接维修成本提供参考。     

关于新质作战飞机总体概念论证方法的思考

随着新时代的到来和科技的飞速发展,现代战争正在朝着高技术化、信息化、网络化和智能化方向发展。在这个背景下,新质作战飞机成为战争中至关重要的角色。新质作战飞机是航空技术的高峰,是实现国家军事现代化的重要手段。新质作战飞机具备高速、超声速、高机动、高侦察、高指挥、高攻击等多种机能,是战争中的制高点。论文的目的是通过总体概念论证方法的的思考探讨,展示总体概念论证方法在新质作战飞机研究中的应用,进一步提高新质作战飞机的研究能力和研究创新性。针对未来可能出现的新质作战飞机,从设计方向、设计要求、设计技术、设计模型等内涵进行了初步的分析研究。同时给出了面向新质作战飞机的总体概念论证思考,从主要目的、理论方法、主要步骤、原则要求4个方面对其进行了分析与探讨。     

含有SMA弹簧驱动器的可变倾斜角翼梢小翼研究

 针对传统翼梢小翼在非设计状态减阻效果不佳的缺点,提出一种含有形状记忆合金(SMA)弹簧驱动器的变体翼梢小翼结构,它能根据飞行状态主动调整小翼的倾斜角,实时优化飞机的阻力特性.采用力-热-应变耦合法设计了所需的SMA弹簧驱动器,并通过有限元仿真与风洞试验验证了变体翼梢小翼的变形能力,最后初步研究了变体翼梢小翼的闭环控制方法.研究结果表明,在飞机的起飞阶段(自由来流流速为26 m/s,迎角为3°),变体翼梢小翼的倾斜角能在1 min内自主完成预定变化过程,倾斜角的最大变化量为23°,控制精度的最大误差为12%,各项指标均符合设计要求.     

大型客机气动设计综述

中国大型客机研制过程中追求"三减，四性"：减阻、减重、减排，安全性、经济性、舒适性、环保性。中国大型客机采用翼下常规布局形式，放宽静稳定技术，发动机选用CFM公司Leapx-1C发动机，这对气动设计技术在工程适用性上提出了极高的要求。大型客机是中国第1架完全自主知识产权民用飞机，本文综述了其设计过程中采用的先进气动优化设计方法、CFD分析和充分的风洞试验验证，说明了超临界机翼设计、高效增升装置设计、飞机/发动机一体化设计、尾翼设计、翼梢小翼设计和部件精细化减阻设计技术，能实现大型客机的减阻应用设计。研究表明，中国大型客机在气动设计水平和设计方法上取得了一系列的进展和突破，实现了设计具有较强竞争力的先进民用飞机的目标。     

Comprehensive analysis of transport aircraft flight performance

This paper reviews the state-of-the art in comprehensive performance codes for fixed-wing aircraft. The importance of system analysis in flight performance is discussed. The paper highlights the role of aerodynamics, propulsion, flight mechanics, aeroacoustics, flight operation, numerical optimisation, stochastic methods and numerical analysis. The latter discipline is used to investigate the sensitivities of the sub-systems to uncertainties in critical state parameters or functional parameters. The paper discusses critically the data used for performance analysis, and the areas where progress is required.

Comprehensive analysis codes can be used for mission fuel planning, envelope exploration, competition analysis, a wide variety of environmental studies, marketing analysis, aircraft certification and conceptual aircraft design.

A comprehensive program that uses the multi-disciplinary approach for transport aircraft is presented. The model includes a geometry deck, a separate engine input deck with the main parameters, a database of engine performance from an independent simulation, and an operational deck. The comprehensive code has modules for deriving the geometry from bitmap files, an aerodynamics model for all flight conditions, a flight mechanics model for flight envelopes and mission analysis, an aircraft noise model and engine emissions. The model is validated at different levels. Validation of the aerodynamic model is done against the scale models DLR-F4 and F6. A general model analysis and flight envelope exploration are shown for the Boeing B-777-300 with GE-90 turbofan engines with intermediate passenger capacity (394 passengers in 2 classes). Validation of the flight model is done by sensitivity analysis on the wetted area (or profile drag), on the specific air range, the brake-release gross weight and the aircraft noise. A variety of results is shown, including specific air range charts, take-off weight–altitude charts, payload-range performance, atmospheric effects, economic Mach number and noise trajectories at F.A.R. landing points.     

Optimization and analysis of winglet configuration for solar aircraft

Installing winglets can notably improve the aerodynamic performance of solar aircraft. This paper proposes a multi-constraints optimization method of winglets for solar aircraft, aiming to enhance the corresponding uninterrupted cruising capability. An optimization objective function is formed and is separately studied in aerodynamic and structural terms. Qualitative analysis shows that the winglet design parameters are restricted by four special constraints (geometry, aerodynamics, energy and stability) of solar aircraft. The optimization process is constructed on the basis of a multi-island genetic algorithm, and carried out for a 15 m wingspan solar aircraft. Although the designed winglet is not as good as the traditional winglet in terms of drag and structural weight, the designed winglet provides a better 24 h cruising capability. The sensitivity between the objective function and the design parameters is investigated, and the winglet effects vary with respect to the wing aspect ratio (AR = 10, 15, 19.6). The effect of the constraints is analysed quantitatively, and some basic laws are obtained. Moreover, the feasible design region and the possible optimal design parameters of winglets for different wing configurations are explored. The calculation results show that when the aspect ratio exceeds a certain value, the winglets will not benefit the aircraft.     

基于浮点编码遗传算法的行星轮系折叠机构优化设计

针对折叠机翼变体飞机,设计一种适合装配在变体飞机小空间的行星轮系折叠机构。在系统研究行星轮系设计目标、设计变量和约束条件的基础上,基于浮点编码遗传算法,使用MATLAB优化工具箱对其主要参数进行优化。结果表明：相对于安全系数法,浮点编码遗传算法可减轻结构重量16．7％,使折叠机构在满足设计指标的情况下达到质量最轻的目的;采用浮点编码遗传算法进行优化求解是行星轮系机构设计的一种行之有效的优化设计方法。     

飞机保障性

本文简述飞机保障性的重要性,探讨飞机保障性的内涵和实现途径,并介绍一些新的飞机保障性设计方法。按照武器系统保障性的定义,飞机保障性指的是飞机本身的可靠性、维修性、机内自保障能力和飞机的保障分系统保障能力的综合。保障性通过综合保障工程即综合后勤保障而实现。综合保障工程的主要任务是从使用保障的角度来影响飞机本身保障性的设计,包括提出保障性有关要求和保证其实现,以及按飞机设计所导出的使用保障要求来作飞机保障分系统的总体设计和采办。其主要工作是制订维修方案和进行保障性分析,即后勤保障分析。