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新概念飞行器原理与总体综合设计方法
林晔  审核人:   (点击: )

1、意义

探索未来绿色、仿生、空天、变体、临近空间等新概念飞行器原理有利于我国航空工业实现“超越”发展,是国际研究热点;

概念创新是培养未来创新性领军人才必不可少的手段。

2、对未来飞行器的提升作用

噪声/废气排放控制/气动一体化设计可应用于大型客机科技工程、新一代环保型超声速客机的设计,并使其在环保性方面占有优势;

高生存性综合设计方法可用于大型军用运输机、第六代战斗机的设计,提高其作战效能;

极端隐身性能/远航程/长航时设计方法可用于先进布局无人机、高空长航时无人机设计;

宽包络/多任务一体化设计将建立适应性更强的高超声速飞行器设计模型,可用于吸气式××飞行器和超高速××飞行器的设计。

3、国内外研究发展现状与趋势

目前,国外针对未来飞行器提出了许多新型概念。例如,美国波音公司针对翼身融合大型客机,分别提出200座、250座、300座、350座、400座、450BWB非常规布局概念;针对空天飞行器,美国分别提出了X-43X-41X-51X-37B等飞行器;针对未来作战飞机,也相继提出了“未来远程航空兵系统”轰炸机、“弹簧小折刀”无人机、无尾喷气式飞翼战机、B-3新一代轰炸机等概念。目前,国内外的主要研究方向包括:未来战斗机特征与概念及核心关键技术、翼身融合的高亚音速大型客机原理探索(绿色)、新一代环保型超音速客机原理探索(绿色与低音爆)、新概念无人飞行器原理探索(仿生、变体、临近空间等)、空天飞行器概念与原理(跨速域、跨空域)等。

在综合设计的方法研究方面,由于飞行器复杂程度及设计理念的不同,飞行器的设计经历了早期的经验设计、中期的单一或较少指标综合设计、现代的多学科多目标综合设计等几个阶段。未来飞行器将具有高度复杂性、精密性、先进性,其综合设计的方法将在现有多学科设计的基础上,朝着高度协同与学科耦合设计的方向发展。目前的研究内容包括综合设计方法框架以及针对各未来飞行器特点的多属性多学科综合设计方法。国外的著名高校及实验室(加州理工学院喷气推进实验室JPL、麻省理工大学航空计算设计实验室、佐治亚理工大学航空系统设计实验室、斯坦福大学航空航天设计实验室等)针对每类未来飞行器提出了相应的综合设计框架。例如针对空天机动飞行器,提出了气动布局、进排气、结构、操纵控制等一体化综合设计框架;针对新一代环保型超声速客机综合设计框架所考虑的学科包括:音爆、噪音、气动、推进、控制、结构等。

 

新一代环保型超声速客机多学科优化设计框架

目前,我国开展了飞行器概念和综合设计方法的基础研究,例如:提出了六代战机的可能型式,并建立了六代战机综合设计需要考虑评价指标体系(气动、隐身、性能、重量、变体结构、发动机、生存力、费用、效能、全电与光传特性、研制风险、研制周期和可生产性),但在概念创新与综合设计方法的广度和深度上与国际还有一定的差距,今后需要在未来飞行器概念和综合设计方面开展进一步研究。

 

 

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