专刊/专栏

电气化飞机电力系统智能化设计研究综述

王莉, 戴泽华, 杨善水, 毛玲, 严仰光

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22405

2019, (2): 522405-522405.

摘要

能源危机和环境问题推动了绿色航空的发展，飞机电气化是绿色航空的主要实现手段，已经成为航空技术发展的重要方向。本文介绍了飞机电气化的发展历程，阐述了电气化飞机电力系统的关键技术及其研究现状，分析了先进飞机电力系统设计的关键技术，指出了飞机电力系统综合化、智能化的发展特点。在分析飞机电力系统设计存在的问题的基础上，文章初步提出了电气化飞机电力系统智能化设计平台的理论框架、功能和特点，分析了支撑电力系统智能化设计平台的关键技术，指出了航空智能化设计的研究方向。

宽体客机高速风洞试验数据修正方法

刘大伟, 熊贵天, 刘洋, 许新, 陈德华

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22205

2019, (2): 522205-522205.

摘要

宽体客机航程远、巡航马赫数高，其气动设计对风洞试验数据精准度要求很高。通过完善中国空气动力研究与发展中心FL-26风洞试验数据修正技术和设备，对宽体客机高速风洞测力试验数据进行支撑/洞壁干扰、模型变形及流场畸变等系统修正，获取干净、可靠的风洞试验基准数据，为开展雷诺数、静气动弹性和动力影响等相关性修正奠定基础。研究表明：支撑干扰试验时，尾腔压力分布测量位置和假支杆长度伸入模型尾腔50 mm即可获得可靠的支撑干扰试验结果；在试验包线范围内，洞壁干扰对宽体客机模型升力、阻力和俯仰力矩系数影响较小；试验模型变形对宽体客机气动特性影响较为明显，马赫数0.85时模型变形后的升力线斜率减小0.005左右，焦点前移0.021bA，需进行相关修正。

大型运输机乘员连续供氧呼吸模型及试验分析

封文春, 朱永峰

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22212

2019, (2): 522212-522212.

摘要

基于航空连续供氧系统和呼吸过程，建立了吸入气、气管气各组分计算模型，并依据此模型计算分析了不同乘员供氧标准不同座舱高度所需氧流量。结果表明：所建模型适用于不同乘员类型的连续供氧流量计算，为连续供氧流量标准提供了理论依据。针对大型运输机乘员多的特点，介绍了多乘员连续供氧试验方法、试验原理，并对试验数据进行了分析。试验结果表明：在通气量为15和20 L/min的情况下，12 km及其以下高度各测试点的氧分压均达到100~83.8 mmHg，满足供氧防护生理要求。

民用飞机个人通风送风温度对人体舒适性的影响

刘毓迪, 孙学德, 张存, 南国鹏

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22363

2019, (2): 522363-522363.

摘要

通过对某真实客机座舱进行建模，使用计算流体力学（CFD）的方法计算出不同个人通风送风温度下座舱内的温度场和流场分布。然后提取乘客头部区域温度与试验结果进行对比，验证模拟的可信度。最后结合基于人体平均皮肤温度的热舒适评价方法，对不同个人通风送风温度情况下的乘客舒适性进行研究。结果表明：不同个人通风送风温度对乘客头部区域温度影响较小，随着个人通风送风温度从7℃上升到14℃，乘客头部区域温度变化不超过0.8℃。不同个人通风送风温度对乘客平均皮肤温度以及热舒适性的影响较小，随着个人通风送风温度从7℃上升到14℃，目标乘客平均皮肤温度上升0.33℃。

大型民用飞机气动外形典型综合设计方法

黄江涛, 高正红, 余婧, 郑传宇, 周铸

doi:10.7527/S1000-6893.2019.22369

2019, (2): 522369-522369.

摘要

基于自主研发的飞行器气动外形大规模并行化、分布式综合设计软件AMDEsign，开展了大型民用飞机气动外形多目标综合设计，研究了处理高维目标空间多目标优化问题的有效处理方式，为优化数学模型的合理确定提供数据参考。在此基础之上，基于软件AMDEsign的主分量分析（PCA）、离散伴随方法两个典型模块，对宽体飞机数字化模型开展多目标优化，其中离散伴随方法中引入虚拟可行解集逼近方法，为权系数提供有效的导向性选择；并进一步将结果进行多目标评估分析，设计结果表明，主分量分析能够有效识别目标函数的相关性，虚拟可行解集方法效率较高，充分利用了离散伴随效率高以及导向性权函数预测等优点，多点设计外形在巡航升阻比、抖振特性以及阻力发散等性能上具有明显改善。文中提出的综合设计方法简捷高效且具有较强的工程应用价值。

动力干扰下宽体客机机翼多目标优化设计

薛帮猛, 张文升, 孙学卫, 吴宇昂

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22381

2019, (2): 522381-522381.

摘要

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。

格尼襟翼在冰风洞混合翼设计中的应用

韩志熔, 赵克良, 颜巍

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22387

2019, (2): 522387-522387.

摘要

提出面向工程、面向适航的混合翼设计准则，基于此准则提出将格尼襟翼应用于民机机翼结冰风洞试验的单段混合翼设计中。设计准则中只对驻点位置和前缘吸力峰值提出保守性要求，易于工程实现，满足结冰适航要求。对于偏离设计点较大的状态，在单段混合翼后缘添加格尼襟翼并配合迎角调整，使得单段混合翼在此状态点处仍满足设计准则。这样使得单段混合翼也能应用于试验状态比较广的结冰风洞试验中。格尼襟翼的使用，降低了混合翼设计、试验费用，为民机结冰试航取证节约了时间。

CRM-WBPN风洞试验模型数值模拟

孟德虹, 李伟, 王运涛, 孙岩

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22402

2019, (2): 522402-522402.

摘要

基于雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程和多块对接结构网格技术，采用亚跨超CFD软件平台（TRIP 3.0），研究了共同研究模型（CRM）风洞模型支撑装置对CRM翼/身/架/舱（CRM-WBPN）模型压力分布及气动特性的影响。构造了一个包含小、粗、中、细网格的4套网格，并进行了网格收敛性研究，在升力系数为0.50条件下，开展了固定升力系数下模型支撑对CRM-WBPN模型和CRM-WB模型压力分布及挂架短舱阻力增量的影响，以及不同来流迎角下模型支撑对CRM-WBPN模型气动特性的影响。通过与NASA国家跨声速风洞设备（NTF）试验结果和CRM-WB模型数值模拟结果的对比分析，表明模型支撑对固定升力系数下挂架短舱阻力增量影响较小；在计算构型中考虑模型支撑的影响，引起升力系数和阻力系数下降、俯仰力矩系数增加，数值模拟结果更加接近相应的试验结果。

大型民用飞机缝翼全尺寸静力试验载荷设计

何志全, 刘杨, 李泽江

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22197

2019, (2): 522197-522197.

摘要

研究了大型民用飞机前缘缝翼全尺寸静力试验载荷设计技术，以实现对缝翼结构安全性的考核和强度分析方法的验证。针对前缘缝翼尺寸小、曲率大、受载工况复杂的特点，提出了试验基准载荷筛选、试验实施载荷转换和试验加载方案优化的方法，形成了一套符合适航要求的试验载荷设计流程。基于最小安全裕度原则进行试验基准载荷的筛选，建立试验加载局部坐标系将气动分布载荷转换成试验集中载荷，为了准确模拟机翼大变形状态下缝翼的受载状态，对试验载荷进行斜加载。与理论载荷的对比分析结果表明了试验载荷设计的有效性，试验结果表明了所形成的载荷设计技术可以实现对前缘缝翼结构静强度的适航验证。

支撑翼布局客机总体参数对结构重量的影响

张新榃, 张帅, 王建礼, 周彬

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22359

2019, (2): 522359-522359.

摘要

针对支撑翼布局客机在总体设计阶段对结构重量分析评估的需求，建立结构重量与支撑翼总体参数之间的定量描述关系。利用有限元分析求解工程梁模型的方法建立考虑静强度和颤振约束的支撑翼结构分析模型，采用全速势方程加边界层修正的方法建立气动载荷计算模型，在此基础上建立支撑翼总体参数与主承力结构尺寸的优化流程，实现支撑翼结构概念设计优化及重量分析。以支撑翼客机为对象的算例研究表明，应用这一优化流程能够分析总体参数对结构重量的影响规律，并实现定量描述，可以为支撑翼布局客机概念方案设计提供技术支持和数据参考。

基于自适应随机优化的连续阵风关键载荷预测

肖宇

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22383

2019, (2): 522383-522383.

摘要

连续阵风载荷是构成民用飞机设计工况的主要载荷之一，在设计阶段，任意一轮的模型更新都涉及到上万种载荷工况的计算，然而其中仅个别工况构成载荷包线，需进行强度校核。为此发展了一套阵风关键载荷的快速识别方法。首先，采用二水平全因子（2LFF）采样获取得到初始计算工况，基于已计算得到的载荷值，结合多元自适应回归样条（MARS）建立一个可靠的代理模型；然后，在此基础上，开创性地应用自适应随机优化技术，实现对阵风关键工况及载荷的主动搜索；最后，以适航条款规定的侧向连续阵风载荷进行方法验证及参数影响研究。计算结果表明，本文建立的方法可以高效且准确地实现连续阵风关键载荷的预测，针对本文算例，关键载荷的预测值与基准值相比误差小于1%。

大飞机货舱地板下部结构有限元建模与适坠性分析

冯振宇, 解江, 李恒晖, 程坤, 马骢瑶, 牟浩蕾

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22394

2019, (2): 522394-522394.

摘要

为了研究大飞机坠撞特性及数值分析方法，选取大飞机货舱地板下部结构为研究对象，建立其有限元模型，实现显式动力学的求解与分析。考察倒置、固支的货舱地板下部结构在200 kg落重以7 m/s垂直冲击下的结构响应、吸能与失效的动态行为，识别落重冲击过程中结构变形与失效模式、冲击响应特性及能量吸收与耗散机理。仿真结果表明，货舱地板下部结构的机身框组件、支撑件组件是主要吸能结构，冲击能量的吸收主要依靠上述结构的塑性变形与失效，紧固件的吸能贡献仅占1%左右。

复合材料C型柱轴压失效分析的层合壳建模方法

解江, 宋山山, 宋东方, 冯振宇, 牟浩蕾, 张雪晗

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22395

2019, (2): 522395-522395.

摘要

由于易于设计、制造以及承载效率高，C型柱作为一种典型的垂向支撑结构，大量应用于大型运输类飞机货舱地板下部。以复合材料C型柱结构为对象，并结合复合材料C型柱轴向压缩试验，旨在发展其在轴向压缩载荷下失效分析的有限元方法。首先，对材料模型的应力-应变曲线进行参数化研究，明确Lavadèze材料单层模型、Puck IFF基体失效准则和Yamada Sun纤维失效准则中参数的物理意义并给出取值建议。其次，建立"层合壳"模型，模拟轴向压缩载荷下破坏失效的力学行为，并与试验结果进行对比分析。研究结果表明，该建模方法能够较好地模拟渐进压缩破坏过程，平均压缩载荷、比吸能的预测值与试验结果具有较好的一致性。

民用飞机商载航程图解析方程的建立及应用

陈名乾

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22407

2019, (2): 522407-522407.

摘要

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。

插入式机翼下壁板对接附加弯矩研究

汤平, 李星

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22436

2019, (2): 522436-522436.

摘要

插入式机翼下壁板对接具有双剪传力稳定、疲劳性能好的优点，但其结构中心线在对接区变化明显，会带来附加弯矩。为尽量减小对接区的附加弯矩，提出了在建立飞机骨架模型时即优化中央翼下翼面外形面相对外翼下翼面的位置方法。基于插入式机翼下壁板对接结构的特点，阐述了对接结构偏心的来源和附加弯矩的形成；针对某A型飞机的对接结构计算了偏心值，并利用力法对附加弯矩在对接区的分布进行了计算分析。以某A型飞机的对接结构为基础，建立了4组插入式下壁板对接结构的模型，每组模型的中央翼下翼面位置相对外翼的不同；分别用力法和有限元法对附加弯矩进行了计算。结果表明：可以通过优化中央翼下翼面外形面的相对位置达到减小对接区附加弯矩的目的。描述了另外两种下壁板对接形式的附加弯矩情况，并和插入式的进行了简单比较。最后，总结了为减小区域附加弯矩及其不利影响在对接结构设计上需要注意的点。

民机四维航迹/姿态一体化自适应控制

樊垚, 邵兴悦, 李清东, 任章

doi:10.7527/S1000-6893.2019.22437

2019, (2): 522437-522437.

摘要

出于运营效率和飞行安全的考虑，民用飞机在航路终端区需有效减少飞行总系统误差（TSE），提高空域资源利用率。在此航段中，飞行技术误差（FTE）是最主要的组成部分，需采用引导控制一体化的设计思想，实现民机起飞/着陆段四维航迹精确跟踪，有效减小飞行技术误差。基于回路传递函数恢复（LTR）技术协调设计随机线性系统状态观测器和最优控制器，解决大气紊流作用下的民机飞行控制系统设计问题。在此基础上，引入自适应投影算子估计大气扰动导致的气动参数不确定性，并对其作用效果进行补偿。仿真结果表明，基于LQG/LTR（Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery）控制技术的自适应飞行控制律可以有效抑制气动参数不确定性影响，能够实现民机四维航迹/姿态一体化高精度控制的目标。

民用飞机信息重构技术性能分析

许健, 吴磊, 褚江萍, 何珂

doi:10.7527/S1000-6893.2019.22442

2019, (2): 522442-522442.

摘要

大尺寸显示器已经广泛应用于新一代民用飞机的驾驶舱内。虽然通过提高信息集成度能够提升飞行员的用户体验，但是，正因为其要求的系统集成度高，在发生局部失效时，容易导致集成显示信息的共模失效，加之信息布局对管理操作任务的性能有着重要影响，如果诱发工作负荷的增加，在特定场景下甚至会迫使飞行机组丧失必要的任务情景意识。信息重构技术是应对此类问题的重要手段。在民用飞机机组资源管理理念的指导下，根据飞行机组的职责分配和人机工程学要求，论述了在主仪表板布置4块15 inch正屏显示器的布局是一种具有比较优势的布局方案。从关键飞行场景下飞行机组的操作任务需求入手，基于正常操作流向保持、压缩格式、重构操作、以及职责分配一致性这4个评价信息重构性能的要素，通过对比分析，证明了所提的显示管理策略相较于某现役先进机型具有更优的信息重构性能。

基于力位协同控制的大飞机机身壁板装配调姿方法

陈文亮, 潘国威, 王珉

doi:10.7527/S1000-6893.2018.22403

2019, (2): 522403-522403.

摘要

为校正中机身壁板由于重力和调姿内力产生的变形，提高中机身壁板装配调姿精度，提出了一种基于力位协同控制的装配调姿方法。通过将调姿机构等效为并联机构，推导了调姿机构的解析正反解模型；根据螺旋理论，建立了力传感器测量值与重力、调姿内力之间的映射关系，实现重力补偿值的动态计算，基于局部刚体-弹性连接假设，通过多元线性回归方法构建了调姿内力转化为位置补偿量的模型；根据Clamped-Free变形协调原理，简化了定位器调姿内力之间的协调关系，在此基础上提出了重力前馈补偿和调姿内力转化为位置补偿的力位协同控制策略，并对其进行了理论分析与设计。最后，对所提出的控制策略进行了仿真分析，结果表明采用力位协同控制方法，调姿定位精度提高35.3%，调姿内力降低77.8%，通过应用实验，说明了该方法的可行性和有效性。

自动铺丝最小间隙路径规划与复合材料锥壳结构制造

段沐枫, 秦田亮, 沈裕峰, 徐吉峰

doi:10.7527/S1000-6893.2019.22423

2019, (2): 522423-522423.

摘要

自动铺丝技术（AFP）是提高复合材料构件制造效率和降低其制造成本的关键技术和重要手段。铺放轨迹的设计是控制自动铺丝工艺质量的关键。对于复杂的结构形式，合理的铺丝路径对保证可制造性及铺贴质量至关重要。本文针对简化后的后机身锥壳特征结构，研究了基于固定角法、测地线法和变角度法的自动铺丝轨迹算法设计，解决了铺放复杂曲面满覆盖问题；总结对比获得了不同铺丝轨迹方法的特点和适用范围。以保证工艺性并满足结构设计铺层方向为原则，选用了带宽为6.35 mm的自动铺丝预浸料完成工艺验证件制造，并通过有限元分析评估了自动铺丝轨迹算法的合理性。结果表明：该结构宜采用测地线法铺放0°方向铺层以减少褶皱；采用固定角法铺放90°方向铺层能够保证连续铺放；采用结合预浸窄带侧弯试验结果的变角度轨迹规划方法铺放此锥类构件±45°方向铺层能够保持最小间隙。铺丝间隙使锥壳结构单层等效模量下降约30%，整体强度下降约10%。因而在结构优化设计时需考虑自动铺丝工艺对安全裕度影响的因素。

大型机翼整体壁板系统化喷丸成形技术

赵安安, 张贤杰, 高国强, 刘立彬, 王永军

doi:10.7527/S1000-6893.2019.22635

2019, (2): 522635-522635.

摘要

大型机翼整体壁板是现代大型飞机重要的大型承力整体结构件并且通常直接构成飞机的气动外形。喷丸成形是现代大型轻质高强铝合金整体壁板件成形制造的首选技术方法，但如何实现大型机翼整体壁板的精确喷丸成形一直是现代航空制造技术领域的一个难点问题。针对这一工程问题，本文采用系统化的方法，将影响大型机翼整体壁板喷丸成形精度的因素分解为壁板平面板坯误差、成形参数设计准确度、成形参数控制精度、环境因素。针对这些因素，采用基于变形位能最小的板坯优化设计来减小由板坯导致的成形误差；采用数据拟合、人工神经网络以及解析模型计算相结合的喷丸成形参数综合设计方法来提高喷丸参数设计的精度和效率；建立了板坯修正模型以修正环境温度、喷丸设备参数波动等因素对成形件形状和尺寸的影响；对于从喷丸设备上下线后仍存在的外形贴模误差，则采用手提喷丸机进行局部的渐进式校形喷丸至外形贴模。壁板喷丸成形的工程实践表明，本文所提出的系统化方法能够有效提高大型机翼整体壁板喷丸成形的精度和效率，并可满足工业生产的需求。