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    专稿
    摘要:
    在人工智能技术高速发展的浪潮下,智能化技术为空气动力学的研究提供了新的思路和手段。各国学者在人工智能与空气动力学设计的综合应用方面开展了诸多有益的探索与尝试。目前人工智能方法已被用于设计对象描述、数值求解、非线性映射等气动设计的关键环节中。实现了自适应设计参数探索、高效气动特征求解、快速数据降维与映射、智能优化等,提高了气动设计的速度、准确性、鲁棒性与全局性。概述了气动设计的发展现状、人工智能技术的研究现状以及机器学习在气动设计中的应用现状。展望了深度学习在气动设计上的应用前景。提出了以机器为核心根据优化阶段实时调整优化方案及走向的高度智能化气动设计概念——“机器设计”。强调了开展智能可诠释设计研究的重要性。
    摘要:
    在尾吊短舱式布局飞机设计中,发动机进排气对其他部件的气动影响是需要关注的重要问题,为了全面研究发动机进气与喷流对全机气动特性的影响,在某尾吊舱短舱布局飞机巡航条件下(H=11 000m、Ma=0.78)对流场开展了数值仿真研究,重点分析了短舱通气模型与带进排气模型的全机升阻力特性及流场分布情况。计算结果表明:采用近距尾吊短舱布局的飞机,发动机进排气对全机气动特性的影响主要体现在短舱与机翼的气动干扰方面,在所研究的迎角范围内(-2°~8°),发动机进气所带来的抽吸作用改变了机翼及短舱表面的压力分布,使得机翼上表面的负压区面积增大、短舱上唇口激波强度减弱,导致全机升力系数增加、阻力系数减小、升阻比提高,但这一气动特性的改善趋势随着迎角的增大而逐渐减缓。
    总体气动
    2021(3):16-20, DOI:
    摘要:
    提出了一种高升力系统卡位信号的算法。用于将襟/缝翼控制手柄上的传感器信号转换成高升力系统计算机的命令卡位信号。本算法相较于传统的算法有两处改进,第一处是在手柄卡位信号的计算中增加了信号有效性的确认环节,可以避免当手柄短暂通过手柄卡位信号无效的区域时,产生无效的卡位信号,继而对后续的命令卡位信号计算造成影响。第二处是在命令卡位信号的计算中加入将两个计算机设为主备关系,并进行表决计算的算法环节,避免了传统算法中由于信号传输延时导致不同通道间输出的命令卡位不一致,从而导致襟/缝翼半速运动的现象发生。本算法可以使最终输出的四个通道的命令卡位信号正确且一致,并已通过实验验证其鲁棒性较强,对民用飞机高升力系统设计有一定的指导作用。
    2021(3):21-25, DOI:
    摘要:
    飞机起落架作为飞机唯一的支撑结构,是不可或缺的飞机部件,而轮胎作为飞机起落架的重要部件,在飞机起飞、降落到滑跑过程中承受着巨大的冲击力和摩擦力,从而可能导致轮胎爆破的事故发生,也可能引起轮胎的空气喷流效应,导致其空气喷流效应影响范围内的液压管路破坏。而液压管路的破坏将会导致飞机液压能源系统和与之相关联的液压设备非正常工作,进而威胁飞机的飞行安全。在进行喷流模式下的液压管路的强度计算时,由于该模式下轮胎爆破产生的喷流是瞬间的、巨大的,因此计算其喷流载荷是非常困难的。针对该模式下提出一种喷流载荷拟合方法,并将拟合后的载荷加载到管路的有限元模型中,从而计算出液压管路的强度,为轮胎爆破下喷流模式的液压管路计算提供了工程实用的方法。
    摘要:
    为提高我国民用飞机实现主动重心控制功能的技术成熟度和工程实现的安全性,以主动重心控制功能原理为基础,参考国外典型飞机的设计方式,提出了主动重心控制功能应具备人工和自动两种控制方式,在一定的安全高度和系统状态条件下启动,并同时具有前向转输和后向转输的功能逻辑设计原则。在工程实现层面,构建了主动重心控制功能的系统架构,分析了典型飞机对座舱控制面板设计和显示告警等方面的考虑。在关键技术层面,分析了工程实现中可能遇到的燃油测量误差、飞机重心超限和控制器故障等问题,并提出了通过设置目标重心阈值和重心调节阈值、采用非相似的实时重心解算监控和允许重启并重新输入当前飞机重量重心等解决措施。相关结论可为我国民用飞机主动重心控制功能的工程设计提供参考。
    摘要:
    在以大型民机为代表的安全关键系统研制中,系统复杂度的提升极大地降低了依赖设计人员经验的传统安全性评估手段的效率与有效性,并带来了反复迭代困难等问题,基于模型的安全性评估方法(MBSA)能够显著降低研制过程的分析复杂度,提高安全性评估的工作效率。民机系统安全性评估指南ARP 4761A中也增加了MBSA相关的安全性评估工作。阐述了利用有限状态机与时态逻辑构建形式化安全性模型,开展安全性评估的基本原理,详细的分析过程及定义安全属性的方法,并以某民用飞机为对象,建立飞控系统副翼控制功能的SMV形式化模型,定义了副翼控制功能的形式化安全性需求,给出了基于形式模型的安全性属性验证评估案例,证明了基于形式化方法的安全性评估在民机系统安全性工作中的可行性。
    机载系统
    摘要:
    管道系统中设置的阀门、限流环等十分常见,装备限流装置的管道本质就是典型的连续突变管道。突变管道流动存在十分明显的局部水头损失,因此工程设计人员在进行管道系统设计时不得不考虑因管道突变而产生的局部水头损失;目前针对单个突变管道流动局部水头损失已有较为深入的研究,并已推导出相应的计算模型,但对于连续突变管路的水头损失研究较少,工程设计中对于连续突变管路的局部水头损失计算采用基于单个突变管道水头损失的叠加计算法,由于连续突变管路流动为极其复杂的湍流,基于单个突变管道水头损失的叠加计算法而得到的连续突变管路的局部水头损失结果误差较大。鉴于此,采用理论推导与实验相结合的方法,设计四种不同管径比的管道以及23种不同进口流量工况,并以航空煤油为介质进行实验,利用实验结果进行分析并对传统的突变管道水头损失的叠加计算法进行修正,提出了连续突缩突扩管道的局部水头损失修正计算模型,其计算结果相比于传统计算方法在精度上得到了显著性提高,为工程管道系统设计中的连续突变管路局部水头损失计算提供了有力依据。
    摘要:
    为满足舱门的功能要求和适航条例对舱门的安全性要求,民用飞机舱门设计有多种类型的机构,机构设计的优劣直接关系到舱门性能的优劣和适航取证的成功与否。介绍了民用飞机舱门机构的组成,基于最新适航条例要求,分析了民机舱门闩、锁、增压预防安全机构的设计要求和设计要点,提炼出舱门闩、锁、增压预防安全机构的监控逻辑要求。针对舱门安全机构监控逻辑要求,以成熟机型为例,给出了一种舱门闩、锁、增压预防机构的监控逻辑分析方法,分析了在传动机构单一失效情况下,舱门闩、锁、增压预防机构的状态及安全监控逻辑的符合性,并在舱门安全机构布局、机构传动关系、机构运动时序等方面给出了设计建议,为其他机型舱门安全机构设计提供参考。
    摘要:
    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。
    试验试飞
    摘要:
    对于涡扇发动机,短舱的核心舱为指定火区。如果附件齿轮箱(AGB)布置在风扇舱,风扇舱是指定火区。短舱应满足防火的要求,以将火区和非火区完全隔离,防止火区的火焰或高温气体进入到其它区域,造成危害。短舱防火密封件是短舱防火墙的重要组成部分,在短舱和吊挂之间,以及短舱各部件之间的界面通常设计有密封件,部分密封件位于火区的边界,因此需要满足相应的防火设计要求,而防火试验验证是目前普遍采用的适航验证方法。从防火适航要求入手,分析了防火试验的要求,包括试验件要求、试验设备要求、试验环境要求,详细阐述了密封件的防火试验方法。最后以块状橡胶密封件防火试验为例,对试验结果进行了分析。对于进行短舱的防火墙试验具有指导意义。
    摘要:
    民机燃油箱系统点火源防护是燃油箱防爆的重要范畴,通过参考FAR 25.981条款和咨询通告,开展了民用飞机燃油箱系统点火源防护的整体分析思路研究。对于点火源防护设计的通用要求,开展的分析思路主要包括点火源防护设计对象失效模式的识别,判断是否为固有安全设计,同时采用定性分析以及定量分析等各种分析方法确定是否能满足点火源防护的要求,最后通过制定关键设计构型控制限制(Critical Design Configuration Control Limitation,简称CDCCL)满足持续适航的要求。另外,针对失效模式、固有安全设计、定量分析和持续适航等都进行了相应的分析说明,如针对失效模式需梳理出所有可能产生点火源的失效模式,再逐一进行安全性分析;针对闪电引起的点火源,须明确容错类设计或非容错类设计。若为容错类设计,可仅验证可靠并有效即可,若为非容错类设计,需根据相应情况开展定性或定量分析。
    摘要:
    跑道作为机场的关键设施,是飞机着陆和减速滑行的区域,通过视觉定位方法计算飞机相对跑道的位置,可以作为辅助飞机快速平稳着陆的一种思路。视觉传感器所需成本较低,对安装环境要求不高,本文旨在设计一个仅靠视觉传感器对飞机进行定位的辅助着陆系统,运用目标检测和视觉定位两个模型,计算飞机相对跑道的位置。首先搭建出等比例微缩的机场跑道模型,视觉传感器产生运动模拟飞机飞行路径,目标检测模型通过机载视觉传感器获取的图像识别出跑道区域,随后视觉定位模型提取图像中跑道区域特征点,计算飞机相对跑道的位置。分别对目标检测和视觉定位两部分的实现原理及难点进行阐述,尝试将目标检测和视觉定位结合起来实现飞机降落时的定位,描述辅助着陆系统设计的整体思路。
    摘要:
    起飞推力限制参数验证试飞(lapse-rate take off,简称LRTO)是飞机高高原动力试飞的核心科目之一。该科目在高高原试飞时,需要在高高原机场的最低安全高度(minimum safety altitude,简称MSA)以下飞行。针对高高原起飞推力限制参数验证试飞的飞行航迹设计进行了研究。介绍了扇区最低安全高度的定义和CCAR91部对低高度飞行的适用条款。阐述了航迹设计的基本要求,包括保护区的定义和要求、航迹精度的构成。详细描述了低于扇区最低安全高度飞行航迹的设计方法,包括试飞区域地形数据的获取、航迹绘制的经验总结、航迹的性能校核、模拟机校核和真机飞行时的逐步逼近。以稻城亚丁机场为例介绍了设计完成的飞行航迹在稻城机场应用的情况,包括航迹在实际应用中的超障余度和应用时的气象要求。
    摘要:
    飞机电气化、信息化程度的不断提高,对航空电缆提出了更高的要求,常规铝导体的性能不能满足新型航空电缆对轻质、高强、高导电性能的需求。石墨烯具备极高的强度和导电率,是理想的高强高导改性材料。首先对比了现有电工铝和电工铜在力学性能和导电率上的差距;随后讨论了石墨烯优异的力学和电学性能;最后综述了石墨烯在改善铝基体力学性能和电学性能方面的研究进展。结果表明,采用粉末冶金、连铸连轧等制备工艺,石墨烯能有效提高铝基体的拉伸强度,同时有望保持延伸率不降低,但也会使导电率降低0.5%~4%;只有实现石墨烯在铝基体中的连续分布,才能充分发挥出石墨烯高导电率的优势,提高铝基体的电学性能。采用粉末冶金和连铸连轧等工艺手段,牺牲少量导电率,通过石墨烯大幅提高铝导体的力学性能,从而满足航空电缆的相关需求,将具备广阔的应用前景。
    摘要:
    近年来,飞机结构健康监测技术得到了快速的发展,并在航空航天等领域得到了广泛的应用,特别是在碳纤维复合材料结构的状态监控与损伤诊断方面更是明确了功能材料与智能结构的发展趋势。首先分析了航空领域典型的结构健康监测技术,包括模态法、机电阻抗法、超声法、声发射法、Lamb波法,并对其中的Lamb波法进行深入讨论。而后,开展了基于Lamb波技术的温度对压电陶瓷传感器信号传输影响的实验研究。该研究考虑了实验装置及传感器在高温环境下的特性,特制了用于测试压电陶瓷传感器信号传输特性的高温实验装置,将压电陶瓷传感器通过机械方式安装于实验装置上,开展环境实验。分别对五档不同温度下的实验结果进行分析,研究结果表明:温度对压电陶瓷传感器信号传输具有一定影响,并给出了信号受温度影响的变化规律。
    2021(3):86-90, DOI:
    摘要:
    民用飞机燃油箱/滑油箱装载的燃油/滑油在惯性载荷的作用下,会对邻近结构带来冲击力,可能造成油箱结构件的疲劳或强度问题,引起油箱漏油,进而引发其他安全问题。依据第25.965条、第25.1015条中燃油箱及滑油箱晃振试验的相关要求,分析了晃振试验的适用性、验证实施及审查方式,梳理了审查风险点并提出了对应的审查重点。结合具体型号审查案例,对审查的过程及符合性判定进行了分析。分析了燃油箱、滑油箱设计特征并与条款判据进行对比,明确了25.965(b)、25.1015(b)的符合性验证思路,以说明性文件的方式进行符合性表明。通过审查案例说明,采用符合性判据,并与飞机设计特征进行对比,可直接对晃振试验的适用性及符合性进行判断。梳理总结得到的符合性判据、审查重点及风险点为燃油箱及滑油箱晃振试验的型号审查工程实践的具体实施提供了一定的参考及明确判据。
    摘要:
    航线维修是确保航班安全运行的重要环节。传统的维修培训方法包括授课、测评,以及实习等方式,但对于实际技能的培训效果有限。将VR技术与基于模型的方法相结合,一方面可以更好地复现培训场景,另一方面可以通过将实际事件的发生概率和培训场景、内容及过程相结合,实现对培训效果的评价。选取了机务维修工作中日常频繁执行的航线绕机检查工作,探索VR技术与CAD建模的传递,建立真实和灵活的飞机、部件模型。结合对场景、模式、交互、流程的设计,建立VR绕机检查培训的实验性原型系统。发展了根据历史数据和引入人为差错因素的故障呈现公式,实现了对航线绕机检查工作的培训和考核功能。根据对组织试用过程的数据收集和分析,证明了VR系统在机务维修培训方面的价值,为后续深入研究提供借鉴。
    适航审定
    摘要:
    现代民用飞机在设计和维修领域的故障预测与健康管理(PHM)系统研制均需要技术标准的支撑,随着PHM技术的快速发展和应用,提高PHM系统研制的标准化水平,也成为提高民机健康管理业务灵活性与效率、技术风险的科学评估与管理、投资回报水平的迫切需要。全面梳理分析了以SAE、MIMOSA、ARINC、FAA、RTCA、IEEE为代表的国外先进标准组织编制的PHM相关的标准体系和应用范围;指出国内民用飞机故障预测与健康管理标准研究、编制和应用差距;参考SAE HM-1标准规范体系的规划和建设思路,基于系统工程的方法论,从顶层进行规划,初步设计了我国民机健康管理标准体系框架和各专题的标准题目分解。最后提出我国PHM标准体系开发思路,以及标准体系的编制工作实施建议。
    摘要:
    根据适航法规,以及参照S1000D等国际标准,民用航空发动机技术出版物应形成包括源数据及构型控制、编写及全寿命修订、出版物验证、发布及客户支援管理等覆盖民用航空发动机产品全生命周期的核心能力。在此过程中涉及到数量庞大的数据模块、各数据模块间复杂的关联关系,以及构型管理要求等。在工作伊始,合理规划,管理好数以万计的数据模块,是开展技术出版物编制工作的重要环节。通过梳理分析民用航空发动机技术出版物中主要维修类手册及其关联关系,引入构型管理工具,提出了建立技术出版物数据模块物料清单的建设路径,通过技术出版物数据模块物料清单的建设为数据模块全寿命周期的管理提供支撑,从而有效推进了民用航空发动机的取证工作,也保障了发动机的持续适航。
    市场研究
    摘要:
    空中航路的使用既维护了空中交通秩序,又保证了航空器飞行安全,因此在航班运行控制过程中完善航路优选工作对提高空间利用率有积极的正向促进作用。依据第五版《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》中油量政策的相关规定,参考新疆区域发布的全高度禁航通告,划定受影响区域,梳理出受影响航路,分析航行通告对航班飞行的影响程度,总结出运行控制的措施,分析措施的优劣,最后完成A319-115型飞机执行“成都—和田”航线展开了签派放行评估工作,结合一发失效飘降程序和座舱释压紧急下降程序,完成飞行航路优选工作。研究发现:航路优选工作在安全飞行的基础上,能有效减少航班延误、降低运营成本、提升服务品质,实现高效的绿色飞行。
    摘要:
    未来航空运输市场对大型民机提出了更严苛的要求,采用翼身融合构型成为提升未来民机综合性能的重要发展方向,引起各大飞机厂商和科研院所的广泛关注。从布局变革、方案演变以及关键技术成熟度提升等多方面出发,比较详细地论述了欧美各国在翼身融合方案设计领域的探索研究工作。重点对美国N+2/N+3计划、欧盟第五框架计划中研究的多个主流方案进行分析,并对其中涉及到的系列化、应急撤离、动力集成以及气动设计等问题的研究现状进行了阐述,介绍了各方案针对上述技术问题的解决方式和思路。最后总结了翼身融合布局在未来大型民机上应用所面临的挑战,并对新构型的发展趋势以及前景进行了展望,对我国未来民机新构型方案的发展具有一定的参考价值。
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    《民用飞机设计与研究》
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