飞机概念设计与优化的计算环境研究

论文摘要

为了给飞机设计的教学、飞机设计方法的研究和工程应用提供一个方便快捷的计算环境。本文综合应用面向对象的编程技术、CATIA二次开发技术、多学科集成和优化平台iSIGHT,开发了一个飞机概念设计和优化的计算环境。完成的研究工作主要包括:1)首先对飞机概念设计计算环境的系统框架作了规划,阐述了系统框架的基本原则,明确了飞机概念设计计算环境中各模块的功能。2)应用飞机设计中的界限线法,编制了飞机主要参数初步估算模块;根据飞机概念设计阶段所需的计算公式,编写了飞机概念设计相关的气动、重量、推力系统以及性能分析模块;应用CATIA二次开发技术,编写了飞机概念设计阶段飞机三维外形生成模块。3)按照飞机概念设计计算环境的系统框架,集成了飞机主要参数初步估算模块、气动分析模块、重量计算模块、推力系统模块、性能分析模块以及飞机三维外形生成模块,开发出一个飞机概念设计计算环境,并用一个典型飞机概念设计例子验证了本文开发计算环境的可行性。4)将所编写的气动分析模块、重量计算模块、推力系统模块、性能分析模块集成到多学科集成和优化平台iSIGHT中,实现了飞机概念优化设计计算环境。所开发的飞机概念设计和优化的计算环境不但可应用于飞机总体设计的教学,而且可应用于飞机总体参数稳健优化和飞机族(系列)总体设计方法的研究,另外对工程应用也有参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 飞机概念设计的内容
• 1.2 计算机辅助飞机概念设计软件的发展状况
• 1.2.1 国内状况
• 1.2.2 国外状况
• 1.3 本文的目的与内容
• 第二章 飞机概念设计计算环境的框架设计
• 2.1 框架设计的原则
• 2.2 框架设计的方案
• 2.3 计算机语言和环境
• 第三章 飞机主要参数初步估算模块
• 3.1 起飞重量的估算
• 3.1.1 方法概要
• 3.1.2 计算有效载荷和机组重量
• 3.1.3 起飞重量的最初估测值
• 3.1.4 燃油重量的估算
• 3.1.5 需用空机重量的估算
• 3.2 推重比和翼载荷的估算
• 3.2.1 界限线法简介
• 3.2.2 起飞场距离要求
• 3.2.3 着陆距离要求
• 3.2.4 爬升性能要求
• 3.2.5 直接爬升性能要求
• 3.2.6 巡航速度要求
• 3.3 计算模块的程序设计与验证
• 3.4 小结
• 第四章 飞机概念设计的分析模块
• 4.1 气动特性计算模块
• 4.1.1 升力线斜率的计算
• 4.1.2 最大升力系数估算
• 4.1.3 零升阻力估算
• 4.1.4 临界马赫数估算
• 4.1.5 升致阻力因子的估算
• 4.2 重量估算模块
• 4.3 推力特性估算模块
• 4.4 飞行性能分析模块
• 4.4.1 定常平飞性能分析
• 4.4.2 爬升性能分析
• 4.4.3 起飞距离估算
• 4.4.4 着陆距离估算
• 4.4.5 巡航航程估算
• 4.4.6 平飞转弯性能分析
• 4.5 气动、重量、推力系统和性能模块之间的数据传递
• 4.6 计算模块的程序设计
• 4.7 小结
• 第五章 基于CATIA 二次开发的飞机概念外形自动生成
• 5.1 CATIA 二次开发技术简介
• 5.1.1 CATIA 自动化
• 5.1.2 CATIA 二次开发接口及主要接口对象继承关系
• 5.1.3 基于VCA 的CATIA 二次开发步骤及关键程序段
• 5.2 飞机概念外形自动生成程序设计
• 5.2.1 该模块工作原理及设计框图
• 5.2.2 面向对象的编程方法
• 5.3 小结
• 第六章 飞机概念设计计算环境的集成与实现
• 6.1 实现过程
• 6.1.1 系统框架
• 6.1.2 计算环境界面
• 6.2 应用例子
• 6.2.1 设计要求描述
• 6.2.2 初步估算
• 6.2.3 概念设计方案分析
• 6.3 小结
• 第七章 飞机概念设计优化的计算环境
• 7.1 飞机概念设计优化问题的表述
• 7.2 优化方法及分析模块
• 7.3 在 iSIGHT 环境下实现飞机概念设计优化
• 7.3.1 在iSIGHT 中优化问题的定义
• 7.3.2 过程集成
• 7.4 优化结果及分析
• 第八章 总结和进一步的工作
• 8.1 本文总结
• 8.2 进一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录