浅析民用飞机研制总体参数优化

林培鹏

摘 要 为切实延长民用飞机全生命周期，保证民用飞机使用功能，需要采用合理手段对民用飞机总体参数进行不断优化，提升民用飞机研制效果。本文就针对此，细致分析民用飞机总体参数优化工作的重要性，提出民用飞机研制总体参数优化对策，以期为相关工作人员提供理论性帮助。

关键词 民用飞机研制;总体参数;优化方式

前言

总体参数是民用飞机研制工作的重要组成部分，需要将各专业技术集合在一起，形成最佳设计方案。为切实保障民用飞机研制以及后期投入运营期间的综合效益，需要对飞机研制期间总体参数，如飞机最大起飞重量、推重比、机翼安装位置、机翼面积以及机身尺寸等进行细致分析，不断优化民用飞机研制参数数值，保障民用飞机研制工作高质有序开展。

1民用飞机研制总体参数优化发展现状

为从根本上提升民用飞机总体设计质量，国内外相关研究部门对民用飞机总体参数优化工作进行了多年研究，形成了多个具备特色功能的民用飞机总体参数优化程序。

国外在民用飞机总体设计分析以及优化软件的开发方面起步较早，已经形成了功能完善的商用软件，可以借助几何建模界面，高速建立起几何模型。通过软件内气动分析、推力分析、性能分析等功能，对飞机总体设计方案进行分析与评估，计算分析能力较强。我国民用飞机主机研究工作总体参数优化程序主要靠国外引进。20世纪70年代后期，上海飞机设计研究所首次启动民用飞机总体参数优化设计工作，并开发出了相应的计算程序，对增强民用飞机设计水平，保障民用飞机研发企业的综合效益具有重要作用[1]。同时，国内还研发出了一套计算机辅助概念的设计软件，此软件具有总体参数优化功能，集成了飞机参数估算模块、气动分析模块、性能分析模块等功能，为民用飞机的研发工作提供了重要理论依据。

2民用飞机研制总体参数优化重点

民用飞机研制总体参数优化工作主要就是构建起各学科分析模型，依据各设计要求提出约束条件，需要在总体参数优化过程中设定一个优化目标，以便找寻出最佳总体参数优化标准。

2.1 民用飞机研制总体参数优化工作开展的重要性

现阶段民用飞机研制总体参数优化方式主要分为两种：第一，用计算机等先进软硬件设施做好参数优化工作，但需要在前期设计出相应的参数优化程序;第二，凭借民用飞机研制工程原有经验，理顺研制总体参数数据之间的统计关系。 在民用飞机总体方案设计，涵盖了诸多学科，需要满足各方面设計目标以及要求。不同参数的变化会直接影响到民用飞机总体研制水平。与其他研究工作相比，民用飞机总体参数数量多、计算量大、计算周期更长，因此仅依靠研制经验或研究人员人工调整设计参数，无法从根本上保障飞机研制质量[2]。

民用飞机研制发展速度不断加快，总体设计参数优化方式种类繁多，通过分析国内外总体参数优化方式，发现总体参数优化工作开展的重要性主要体现在以下几个方面：首先，运用民用飞机研制总体参数优化方法，能够切实提升迭代设计工作的设计效率，从根本上保障设计方案的精准性与全面性;其次，在开展总体参数优化工作后，所获得的民用飞机研制设计方案综合效益更强，具备显著的技术可行性与经济实用性;最后，在民用飞机研制工作质量要求较高的情况下，仅依靠原有经验设计方式的设计效率较低，无法切实实现设计目标[3]。而借用计算机编程辅助手段，开发出切实可行的总体参数优化程序，能够实现总体初步方案的快速分析和总体参数的快速迭代优化，使设计效率大大提高，并能够获取更优的总体方案。

2.2 民用飞机研制总体参数优化原则

在民用飞机研制总体优化过程中，需要严格遵照概念设计流程以及总体设计任务，建立起切实可行的总体参数优化体系。细致分析在民用飞机传统设计过程中存在的各类缺陷问题，确保所制定出的总体参数方法能够在增强民用飞机总体研究水平中发挥出重要作用。

2.3 民用飞机研制总体参数优化内容

在民用飞机研制过程中，主要包括初步设计方案形成、方案分析、方案优化等诸多环节。飞机联合涵盖了民用飞机初步设计各个阶段，需要对飞机设计理念进行整体构思[4]。民用飞机初步设计工作涉及飞机气动布局、飞机参数选择、飞机机械设备选择、飞机各部件几何参数、飞机草图绘制以及飞机总体部署等内容。在飞机初期设计过程中，还需要检查飞机各设计环节性能要求，对飞机初步设计方案内容进行不断优化。

2.4 民用飞机研制总体参数优化框架

现阶段国内飞机研制总体参数主要采用国外商业优化软件。但在此些软件设计过程中，发现部分软件在运用过程中存在一定的不足之处。为做好飞机研制总体参数优化工作，需要对此些软件内容进行取长补短，制定出更加科学合理的总体参数优化框架。依照现有民用飞机总体参数优化商业软件运行特征，在建设总体参数框架过程中，需要秉持统筹兼顾的原则，建立起各专业分析模型。设置统一数据库，确保飞机研制工作中的数据均能够保持一致，更好实现数据协同目标。要求设计人员应当在统一平台上开展参数计算工作，增强优化过程的协同性。总体参数优化框架应当具备开放式特征，依照民用飞机不同研制要求进行拓展。积极应用优化算法库、实验设计方式、敏感分析以及代理模型的方法，完善民用飞机研制总体参数系统的用户界面。

2.5 建立民用飞机研制总体参数分析模型

民用飞机研制总体参数分析模型主要由基本性能分析、操稳性分析等内容组成，涉及几何、动力、气动、质量、性能、操稳、直接运营成本等分析模块[5-6]。其中，几何分析模块需体现出飞机各主要部件的外形，包括机翼、机身、尾翼、发动机短舱等外形尺寸及位置参数，通过这些参数能够计算出飞机的平均气动弦长、外露面积、最大燃油体积等信息。动力模块需体现出发动机主要设计参数，估算发动机的推力和油耗特性、特征尺寸和质量等信息。质量分析模块能够实现各部件结构质量、基本空机重量、使用空机重量、最大起飞重量级重心变化范围等数据。气动分析模块需能够估算飞机高、低速构型的气动特性，包括升力特性、阻力特性、力矩特性、气动导数和操纵导数等数据。性能分析模块需能够对民用飞机起降性能、航线性能及商载航程等进行分析。操稳分析模块需要确定静稳定裕度以及飞机在起飞、巡航、着陆等各环节的操稳特征。直接运营成本分析模块需要依照设计方案内容，估算轮挡成本和公里成本等经济性指标。

2.6 民用飞机研制总体参数优化算法

利用先进的计算软件，对民用飞机研制总体参数进行优化设计。要求优化算法软件应当具有合理的用户界面，用户可以在该软件内进行参数分析、优化设计等工作。在民用飞机研制总体参数优化计算过程中，主要采用数值型与探索型两种方式。针对民用飞机研制工作要求，拟定采用混合搜索策略以及遗传算法[7]。在使用多部优化方法期间，需要注重缩短计算时间、获得全局最优解，确保设计方案综合效益最优化。

2.7 计算机辅助总体参数设计程序化

在将计算机辅助设计软件应用在民用飞机研制总体参数优化工作中，需要从总体参数的基本性能分析与操稳性质入手，明确各部分程序之间的组成关系，对总体数据分析结果进行细致分析，指定优化设计目标以及设计变量，确保所获得的数据能够满足总体参数优化目标[6]。注重设置合理的计算机辅助总体参数分析流程，在分析流程内设置回调程序，确保流程准确可靠。在选择计算机辅助程序期间，应当对程序的计算能力、应用简便性、绘图功能、数据库功能等进行细致分析，增强辅助软件在民用飞机研制总体参数优化过程中的适用性，从根本上提升总体数据优化质量及效率，确保总体数据优化结果能够在开展高质高效民用飞机研制工作中发挥出重要作用。

3结束语

总而言之，在民用飞机研制总体参数优化过程中，需要相关部门细致分析民用飞机研制要求，选择适宜的总体参数综合分析以及技术方案，建立起具有自主知识产权的优化软硬件设施，促进国内民用飞机研制工作可持续发展。同时，相关研制部門还应积极引进先进参数优化理念，积累下丰富的参数分析与优化经验，不断提升我国民用飞机研制技术能力。

参考文献

[1] 刘凤华. 小样本、贫信息背景下的民用飞机成本估算模型研究[D].南京：南京航空航天大学，2014.

[2] 户海印. 中国民用航空制造业目标定位及发展路径研究[D].北京：北京交通大学，2015.

[3] 卢新来，丁常宏，任长伟，等. 民用飞机研制项目风险管理研究与应用[J]. 航空科学技术，2015，26（1）：55-60.

[4] 刘建平. 基于IPT团队的民用飞机研制项目沟通管理方法研究[J]. 科技传播，2014，6（15）：60，50.

[5] 何雨薇，孙立言. 基于需求的系统工程理念在民用飞机研制中的应用思路[J]. 科技经济导刊，2016（9）：101.

[6] 余雄庆，张帅. 面向客机族的总体参数优化方法[J].南京航空航天大学学报，2012（10）：718-724.

[7] 王宜新，张晨，刘虎，等. 基于全寿命周期成本的民用飞机总体参数优化[J]. 飞机设计，2012（2）：23-30.