淺析民用飛機研制總體參數優化

林培鵬

摘 要 為切實延長民用飛機全生命周期，保證民用飛機使用功能，需要采用合理手段對民用飛機總體參數進行不斷優化，提升民用飛機研制效果。本文就針對此，細致分析民用飛機總體參數優化工作的重要性，提出民用飛機研制總體參數優化對策，以期為相關工作人員提供理論性幫助。

關鍵詞 民用飛機研制;總體參數;優化方式

前言

總體參數是民用飛機研制工作的重要組成部分，需要將各專業技術集合在一起，形成最佳設計方案。為切實保障民用飛機研制以及后期投入運營期間的綜合效益，需要對飛機研制期間總體參數，如飛機最大起飛重量、推重比、機翼安裝位置、機翼面積以及機身尺寸等進行細致分析，不斷優化民用飛機研制參數數值，保障民用飛機研制工作高質有序開展。

1民用飛機研制總體參數優化發展現狀

為從根本上提升民用飛機總體設計質量，國內外相關研究部門對民用飛機總體參數優化工作進行了多年研究，形成了多個具備特色功能的民用飛機總體參數優化程序。

國外在民用飛機總體設計分析以及優化軟件的開發方面起步較早，已經形成了功能完善的商用軟件，可以借助幾何建模界面，高速建立起幾何模型。通過軟件內氣動分析、推力分析、性能分析等功能，對飛機總體設計方案進行分析與評估，計算分析能力較強。我國民用飛機主機研究工作總體參數優化程序主要靠國外引進。20世紀70年代后期，上海飛機設計研究所首次啟動民用飛機總體參數優化設計工作，并開發出了相應的計算程序，對增強民用飛機設計水平，保障民用飛機研發企業的綜合效益具有重要作用[1]。同時，國內還研發出了一套計算機輔助概念的設計軟件，此軟件具有總體參數優化功能，集成了飛機參數估算模塊、氣動分析模塊、性能分析模塊等功能，為民用飛機的研發工作提供了重要理論依據。

2民用飛機研制總體參數優化重點

民用飛機研制總體參數優化工作主要就是構建起各學科分析模型，依據各設計要求提出約束條件，需要在總體參數優化過程中設定一個優化目標，以便找尋出最佳總體參數優化標準。

2.1 民用飛機研制總體參數優化工作開展的重要性

現階段民用飛機研制總體參數優化方式主要分為兩種：第一，用計算機等先進軟硬件設施做好參數優化工作，但需要在前期設計出相應的參數優化程序;第二，憑借民用飛機研制工程原有經驗，理順研制總體參數數據之間的統計關系。 在民用飛機總體方案設計，涵蓋了諸多學科，需要滿足各方面設計目標以及要求。不同參數的變化會直接影響到民用飛機總體研制水平。與其他研究工作相比，民用飛機總體參數數量多、計算量大、計算周期更長，因此僅依靠研制經驗或研究人員人工調整設計參數，無法從根本上保障飛機研制質量[2]。

民用飛機研制發展速度不斷加快，總體設計參數優化方式種類繁多，通過分析國內外總體參數優化方式，發現總體參數優化工作開展的重要性主要體現在以下幾個方面：首先，運用民用飛機研制總體參數優化方法，能夠切實提升迭代設計工作的設計效率，從根本上保障設計方案的精準性與全面性;其次，在開展總體參數優化工作后，所獲得的民用飛機研制設計方案綜合效益更強，具備顯著的技術可行性與經濟實用性;最后，在民用飛機研制工作質量要求較高的情況下，僅依靠原有經驗設計方式的設計效率較低，無法切實實現設計目標[3]。而借用計算機編程輔助手段，開發出切實可行的總體參數優化程序，能夠實現總體初步方案的快速分析和總體參數的快速迭代優化，使設計效率大大提高，并能夠獲取更優的總體方案。

2.2 民用飛機研制總體參數優化原則

在民用飛機研制總體優化過程中，需要嚴格遵照概念設計流程以及總體設計任務，建立起切實可行的總體參數優化體系。細致分析在民用飛機傳統設計過程中存在的各類缺陷問題，確保所制定出的總體參數方法能夠在增強民用飛機總體研究水平中發揮出重要作用。

2.3 民用飛機研制總體參數優化內容

在民用飛機研制過程中，主要包括初步設計方案形成、方案分析、方案優化等諸多環節。飛機聯合涵蓋了民用飛機初步設計各個階段，需要對飛機設計理念進行整體構思[4]。民用飛機初步設計工作涉及飛機氣動布局、飛機參數選擇、飛機機械設備選擇、飛機各部件幾何參數、飛機草圖繪制以及飛機總體部署等內容。在飛機初期設計過程中，還需要檢查飛機各設計環節性能要求，對飛機初步設計方案內容進行不斷優化。

2.4 民用飛機研制總體參數優化框架

現階段國內飛機研制總體參數主要采用國外商業優化軟件。但在此些軟件設計過程中，發現部分軟件在運用過程中存在一定的不足之處。為做好飛機研制總體參數優化工作，需要對此些軟件內容進行取長補短，制定出更加科學合理的總體參數優化框架。依照現有民用飛機總體參數優化商業軟件運行特征，在建設總體參數框架過程中，需要秉持統籌兼顧的原則，建立起各專業分析模型。設置統一數據庫，確保飛機研制工作中的數據均能夠保持一致，更好實現數據協同目標。要求設計人員應當在統一平臺上開展參數計算工作，增強優化過程的協同性。總體參數優化框架應當具備開放式特征，依照民用飛機不同研制要求進行拓展。積極應用優化算法庫、實驗設計方式、敏感分析以及代理模型的方法，完善民用飛機研制總體參數系統的用戶界面。

2.5 建立民用飛機研制總體參數分析模型

民用飛機研制總體參數分析模型主要由基本性能分析、操穩性分析等內容組成，涉及幾何、動力、氣動、質量、性能、操穩、直接運營成本等分析模塊[5-6]。其中，幾何分析模塊需體現出飛機各主要部件的外形，包括機翼、機身、尾翼、發動機短艙等外形尺寸及位置參數，通過這些參數能夠計算出飛機的平均氣動弦長、外露面積、最大燃油體積等信息。動力模塊需體現出發動機主要設計參數，估算發動機的推力和油耗特性、特征尺寸和質量等信息。質量分析模塊能夠實現各部件結構質量、基本空機重量、使用空機重量、最大起飛重量級重心變化范圍等數據。氣動分析模塊需能夠估算飛機高、低速構型的氣動特性，包括升力特性、阻力特性、力矩特性、氣動導數和操縱導數等數據。性能分析模塊需能夠對民用飛機起降性能、航線性能及商載航程等進行分析。操穩分析模塊需要確定靜穩定裕度以及飛機在起飛、巡航、著陸等各環節的操穩特征。直接運營成本分析模塊需要依照設計方案內容，估算輪擋成本和公里成本等經濟性指標。

2.6 民用飛機研制總體參數優化算法

利用先進的計算軟件，對民用飛機研制總體參數進行優化設計。要求優化算法軟件應當具有合理的用戶界面，用戶可以在該軟件內進行參數分析、優化設計等工作。在民用飛機研制總體參數優化計算過程中，主要采用數值型與探索型兩種方式。針對民用飛機研制工作要求，擬定采用混合搜索策略以及遺傳算法[7]。在使用多部優化方法期間，需要注重縮短計算時間、獲得全局最優解，確保設計方案綜合效益最優化。

2.7 計算機輔助總體參數設計程序化

在將計算機輔助設計軟件應用在民用飛機研制總體參數優化工作中，需要從總體參數的基本性能分析與操穩性質入手，明確各部分程序之間的組成關系，對總體數據分析結果進行細致分析，指定優化設計目標以及設計變量，確保所獲得的數據能夠滿足總體參數優化目標[6]。注重設置合理的計算機輔助總體參數分析流程，在分析流程內設置回調程序，確保流程準確可靠。在選擇計算機輔助程序期間，應當對程序的計算能力、應用簡便性、繪圖功能、數據庫功能等進行細致分析，增強輔助軟件在民用飛機研制總體參數優化過程中的適用性，從根本上提升總體數據優化質量及效率，確保總體數據優化結果能夠在開展高質高效民用飛機研制工作中發揮出重要作用。

3結束語

總而言之，在民用飛機研制總體參數優化過程中，需要相關部門細致分析民用飛機研制要求，選擇適宜的總體參數綜合分析以及技術方案，建立起具有自主知識產權的優化軟硬件設施，促進國內民用飛機研制工作可持續發展。同時，相關研制部門還應積極引進先進參數優化理念，積累下豐富的參數分析與優化經驗，不斷提升我國民用飛機研制技術能力。

參考文獻

[1] 劉鳳華. 小樣本、貧信息背景下的民用飛機成本估算模型研究[D].南京：南京航空航天大學，2014.

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[4] 劉建平. 基于IPT團隊的民用飛機研制項目溝通管理方法研究[J]. 科技傳播，2014，6（15）：60，50.

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[6] 余雄慶，張帥. 面向客機族的總體參數優化方法[J].南京航空航天大學學報，2012（10）：718-724.

[7] 王宜新，張晨，劉虎，等. 基于全壽命周期成本的民用飛機總體參數優化[J]. 飛機設計，2012（2）：23-30.