复合材料应用对客机DOC影响的分析方法

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1、2015年5月第41卷第5期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMav2015V01．4lNo．5http：?}bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0320复合材料应用对客机DOC影响的分析方法尹海莲1’2，余雄庆杞(1．南京航空航天大学无人机研究院，南京210016；2．南京航空航天大学飞行器先进设计技术围防重点学科实验室，南京210016)

2、摘要：在飞机总体方案设计阶段需要评估复合材料应用对客机直接运营成本(DOC)的影响．以客机总体方案综合分析和优化系统为基础，对复合材料应用带来的质量减轻和成本增加进行了分析，给出了质量和成本的修正估算模型，提出了一种复合材料在客机应用中的效益定量评估方法．以150座级客机为例，首先分析了客机复合材料全机用量质量百分比对DOC的影响，然后以此优化结果为基准，分析了油价上涨、飞机价格和维修成本的变化对Doe的影响．结果表明：随复合材料全机用量百分比增加，客机的DOC呈下降趋势；随航空燃油价格的上涨，复合材料在客机中的应用能带来较为显

3、著的经济效益；复合材料机体制造成本和维修成本的降低，可使复合材料客机DOC的下降更显著．关键词：飞机设计；复合材料；客机；成本；直接运营成本中图分类号：V221+．92文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)05—0879旬6在飞机总体设计阶段，确定采用哪些先进技术是一项十分重要的决策⋯．判断一项新技术是否值得应用，需要评估这项新技术是否能够提高飞机的经济性，以及能在多大程度上提高其经济性．这是因为经济性是决定民机市场竞争力的最重要因素¨。，是评估民机总体技术方案的一个重要判据．复合材料具有高比强度、高比刚度、较好

4、的抗疲劳性和耐腐蚀性等优点¨。．机体结构采用复合材料可有效地减轻结构质量，是一种先进的民机结构设计技术方案H1．但复合材料结构的设计成本和制造成本相对较高，可能对提高飞机经济性产生不利影响．因此，在飞机总体设计阶段就必须综合评估复合材料技术应用对民机经济性的影响．直接运营成本(DirectOperatingCost，Doe)是民机经济性的一个重要指标"1．飞机总体设计阶段面临的一个难题是如何评估复合材料技术应用对飞机DOC的影响．目前还鲜见有公开发表的文献来回答这个问题．本文以客机总体方案论证为背景，给出一种分析复合材料技术应用

5、对客机DOC影响的方法，可定量评估复合材料在全机设计中的用量质量百分比对客机DOC的影响．1客机总体方案综合分析和优化从客机总体设计和Doe分析的角度来看，复合材料应用带来的主要影响包括：①机体结构质量减轻，相应的飞机起飞质量减轻，可导致机翼设计参数(平面形状和面积)发生变化，从而有可能减少飞行油耗和燃油成本；②设计和制造成本的增减，进而会影响飞机的售价；③复合材料结构维修周期和维修方式不同于金属结构，机体维修成本会发生变化．由于复合材料的应用对飞机质量、油耗、机翼收稿日期：2014-06-04：录用151期：2014—12-0

6、5；网络出版时间：2014-12-2310：29网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V20141223．1029．002html基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(NS2015098)作者简介：尹海莲(1979一)，女，江苏徐州人，博士研究生，yinhailian@nuaa．edu．en十通讯作者：余雄庆(1965一)，男，重庆人，教授，yxq@nuaa．edu．cn，主要研究方向为飞行器多学科设计优化．{l用格式：尹海莲．余雄废．复合材料盘甩对客机DOC影响的分析方法￡J】．北

7、京航空航天大学学报．2015，41(5)：879—884．YinHL．YuxQ．EvaluationofimpactofuseofcompositematerialsondirectoperatingCOSTSofairliners[JJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(5)：879．884(inChinese)．880北京航空航天大学学报2015年形状和面积、成本等诸多因素产生影响，因此，只有通过客机总体方案综合分析和优化设计的途径，

8、才能合理地评估复合材料应用对客机经济性的影响．客机总体方案综合分析和优化程序是评价其复合材料应用效益的基础．南京航空航天大学与中国商飞合作，开发了一套客机总体方案综合分析与优化设计系统’6。．该程序系统的架构如图1所示，综合分析模型包括推进、几何、质量、气动、性