基于环保和经济性的民机概念设计

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1、申请上海交通大学硕士学位论文基于环保和经济性的民机概念设计班级：B0841391学号：1084139030专业：飞行器设计硕士生：吴慧欣指导教师：刘洪教授宋文滨副研究员上海交通大学航空航天学院2011年1月万方数据AThesisSubmittedtotheMaster’sDegreeofShanghaiJiaotongUniversityCommercialAircraftConceptualDesignForMinimalEnvironmentalandEconomicalImpactStudentNo.：

2、1084139030Major:FlightVehicleDesignName:WuHuixinSupervisor:Prof.LiuHongA.Prof.SongWenbinSchoolofAeronauticsandAstronauticsShanghaiJiaotongUniversityJanuary,2011万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要基于环保和经济性的民机概念设计摘要随着航空业的发展，民用飞机对环境污染越来越受到重视。飞机对环境的影响主要体现在噪声污染和排放污染两方面。在概念设计阶段，噪声

3、的预测直接影响飞机的整体性能和经济性，同时也是评价满足国际适航标准的重要指标。航空排放虽然在全球总排放中所占比例不大，但是航空业的迅猛发展导致航空排放增长速度高于任何其他行业。因此为使设计的飞机更具有全球市场竞争力，在概念设计阶段，除了要考虑飞机的可靠性、安全性、舒适性和经济性等几项评价指标之外，必需明确飞机环保特性的重要性和必要性。基于以上事实和理由，本文围绕着以下逻辑顺序逐步深入展开论述。首先提出问题，即指出飞机概念设计阶段分析飞机环保特性的重要性及其意义所在。其次是分析问题，即对比现有的估算方法，建立适

4、用的飞机噪声估算模型和污染气体排放模型，找到定量评价方法与方案设计参数的关系。最后是解决问题，结合飞机经济性分析，使用遗传优化算法选择环保经济性最优的设计方案，同时指出提高飞机环保性造成的经济代价。在概念设计阶段，噪声估算方法以半经验法为优。本文深入分析Fink方法和Guo方法的估算模型，以起落架估算为例，对比两种方法与设计参数之间的关系。同时以Boeing737-800为样机，根据适航II万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要噪声测量要求，分别采用Guo方法和Fink方法对飞机各部件机体噪声进行估算，进而定量

5、分析飞机各部件噪声分布情况。航污染气体排放对环境的影响已经引起各国政府的高度重视，欧盟已以法规的方式对民用飞机尾气排放总量进行控制。本文列举出国际上已经出台的各项治理措施，重点关注已将民机气体排放纳入其中的排放配额管理制度。同时，根据国际民航组织发布的发动机测试数据，结合飞机性能建立与设计方案关联的污染气体排放模型，并以样机为算例计算各出定量结果。如何改变设计方案得到满足国际标准的环保型飞机是探讨飞机环保最终要解决的问题。因此，本文以飞机环保特性为目标，在满足飞机性能约束的条件下，结合飞机概念设计中重量和气动

6、特性计算，使用遗传算法优化设计变量，进而得到某一范围内的最优环保设计方案。良好的环保特性必然带来飞机经济成本的增加，如何将环保性映射到经济性是一个创新突破。本文最后解决的是飞机概念设计阶段环保性和经济性的权衡问题。以低噪声、低排放、低成本为目标做多目标优化，得到满足性能约束的设计方案。关键词：环保，噪声，排放，经济性，概念设计，优化III万方数据上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTCommercialAircraftConceptualDesignForMinimalEnvironmentalandEco

7、nomicalImpactABSTRACTWiththefastdevelopmentofaviationindustryandtheincreasingawarenessonenvironmentaleffectgeneratedbyairtravel,thedesignoffuturecivilaircraftneedstotakeintoaccountitsenvironmentalimpactandeconomicsataearlystage.Thisthesisfocusesonmulti-obje

8、ctivedesignoptimizationbasedonbothdirectoperatingcostandenvironmentaleffectoffutureaircraftconcept.Theevaluationofnoiseisbasedonsemiempiricalmethod.BothGuoandFinkmethodhavebeenimplementedandpreliminary