中短程客机总体参数敏感性分析

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSin／caApr．252013V01．34No．4809—816ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn中短程客机总体参数敏感性分析张帅，余雄庆*南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016摘要：总体参数敏感性分析是确定客机总体参数的主要依据之一。以中短程客机作为背景机型，在开发了客机总体设计综合分析程序的基础上，首先应用优化方法确定出初步的总体参数，然后以

2、此参数为基准点，着重分析总体参数对客机性能的影响，包括：机翼面积对质量和直接运营成本(DOC)的影响；组合参数(机翼面积与展弦比、机翼面积与后掠角)对质量的影响；发动机推力和机翼小翼的选装对起降性能和设计燃油质量的影响；组合参数(机翼面积与襟翼类型)对起降性能的影响；机身加长对起降性能和设计燃油质量的影响。最后将总体参数敏感性分析的结果以趋势图和地毯图的形式给出，可直观地洞察总体参数对性能指标的影响，为总体参数的调整和最终确定提供依据。关键词：飞机设计；喷气客机；敏感性分析；方案评估；优化中图分类号：V221文献

3、标识码：A文章编号：1000—6893(2013)04—0809—08总体参数的确定是客机总体设计阶段的一项重要工作，需要满足多方面的设计要求和性能指标。在客机的设计要求中，有载客人数、最大商载(包括乘客与货物)等基本要求，也有航程、起飞与着陆场长、进场速度、爬升梯度等飞行性能方面的要求。在客机总体设计中主要关心的指标有：最大起飞重量(MTOM)、设计燃油质量(MFUEL)、直接运营成本(DOC)等，这些指标常被作为设计目标。需要考察的总体参数主要是机翼的平面参数，包括机翼面积(Sw)、展弦比(A。)、后掠角(1

4、／4弦线，A，“)等，以及发动机的设计参数，例如海平面最大静推力(sLsT)和涵道比(BPR)等。总体参数在设计定义域上沿某一方向变化时，各个性能指标的变化方向通常不一致甚至完全相反。一般情况下，当某一项设计指标因参数值改变而提高时，同时会有另外一项或几项指标随之下降。因此，总体参数论证的任务是：通过分析总体参数对性能指标的影响，在满足设计要求的前提下，确定综合指标较优的设计方案。为了确定出合理的总体参数，需要进行总体参数的敏感性分析。总体参数敏感性是指当客机总体参数在一定范围变化时，客机各项性能指标随之变化的程

5、度，它有2个作用：①为总体参数的选取提供依据；②为设计方案的改进或改型提供参考[1]。总体参数敏感性分析结果的表达形式分为单参数的趋势图和多参数的地毯图口]。通过参数敏感性分析，可以清晰地表达出方案设计点在设计域中的位置，定量指示出参数变化对飞机各项指标的影响，从而为参数修改与方案确定指明方向[3。4]。本文以新一代中短程客机为研究对象，阐述完整的总体参数敏感性分析的工作过程，包括：①开发客机总体设计综合分析程序；②应用优化方收稿日期：2012—05—29；退修日期：2012—08—15；录用日期：2012—10

6、-18；网络出版时间：2012．10．3120：13网络出版地址：www．cn¨net／kcms／detail／11．1929．V．20121031．2013．002．hlml基金项目：南京航空航天大学科研创新基金(NJ2011002)*通讯作者．Tel．：025-84892102E-mail：yxq@nuaa．edu．GR引用格式IZhangS，YuXQ．Sensitivityanalys『sofprimaryparametersinpreliminarydesignofashort／medium-haulai

7、rlinerActaAeronau．t／caetAstronaut／caSin／ca．2013．34(4)：809-816÷张摊，余雄庆．中短程客机总体参教敏感性分析．航空学报．2013．34(4)：809．占16．航空学报Apt．252013V01．34No．4法确定出初步的总体参数；③以初步的总体参数为基准，选取所关注的总体参数和性能指标，分析总体参数对客机性能指标的影响，以趋势图和地毯图的方式给出敏感性分析结果。1客机总体设计综合分析程序客机总体设计综合分析程序是总体参数优化和敏感性分析的基础，它应满足总体

8、设计阶段的精度要求，同时应具有可靠性，即只要总体参数在定义域范围内，程序能计算出各项性能指标。客机总体设计综合分析程序主要包括推进、几何、气动、质量、性能、操稳以及运营成本等几个学科的分析模型。各学科分析模型主要采用工程算法，以统计数据和解析表达式为基础，部分结合简化的数值方法。下面对各分析模型的内容和功能作简要介绍。1)推进系统分析模型包括发动机推力和油耗特性分析、短舱