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三翼面验证机纯电方案设计

航空学报 2024年第6期45卷 104-114页

作者：孔垂欢吴大卫谭兆光潘立军马茹冰司江涛中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海201210

随着碳排放政策日趋严格,航空绿色出行成为民机设计新目标之一,传统布局的民航客机气动效率、结构效率提升空间有限,很难实现大幅减阻,采用新布局结合新能源的设计方案,成为当下研究的热点。本文总结了翼身融合(BWB)、桁架支撑翼(TBW)... 详细信息

随着碳排放政策日趋严格,航空绿色出行成为民机设计新目标之一,传统布局的民航客机气动效率、结构效率提升空间有限,很难实现大幅减阻,采用新布局结合新能源的设计方案,成为当下研究的热点。本文总结了翼身融合(BWB)、桁架支撑翼(TBW)、三翼面(TSA)的新布局以及纯电为代表的新能源技术研究进展,基于“乘风2.0”200 kg级无人飞行验证机的布局特征,采用计算流体力学(CFD)和工程估算开展了三翼面布局气动特性分析和布局收益评估,分析了前翼与尾翼单独偏转和组合偏转力矩特性,前翼在大迎角具有较好的推杆改出和操纵能力;验证机完整的三翼面布局,相对于其取消前翼的布局,在4°迎角可获得约7%配平升力收益,考虑前翼方案带来的零阻、下洗、增重不利影响,仍可获得19.7count减阻收益,巡航升阻比提升3%;前翼+尾翼部件导致全机增重约0.3%;给出了分布式动力推进架构,该架构可减小90%不对称推力力矩;基于无人飞行验证机开展纯电动力架构和性能的飞行试验,得到了验证机45 m/s巡航所需功率约20 kW,巡航能耗为0.126 kW·h/km,35 m/s巡航所需功率8 kW,巡航能耗为0.065 kW·h/km;最大功率出现在起飞阶段为45 kW,是巡航功率的2倍,起飞能耗在飞行剖面占比约2%。

关键词：无人验证机新布局三翼面纯电飞机分布式电推进

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含裂纹铆钉搭接板的权函数法与扩展寿命分析

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 53-60页

作者：任彦伸饶聃钰徐武上海交通大学航空航天学院上海200240 中国商用飞机责任有限公司上海飞机设计研究院上海201210

铆钉搭接结构是典型的多位置损伤敏感结构,容易在多个铆钉孔边萌生疲劳裂纹,进而威胁飞机结构安全。由于裂纹个数、位置和大小随机多变,铆钉与平板间存在复杂的接触关系。为高效、准确计算多铆钉搭接板的应力强度因子以进行裂纹扩展寿... 详细信息

铆钉搭接结构是典型的多位置损伤敏感结构,容易在多个铆钉孔边萌生疲劳裂纹,进而威胁飞机结构安全。由于裂纹个数、位置和大小随机多变,铆钉与平板间存在复杂的接触关系。为高效、准确计算多铆钉搭接板的应力强度因子以进行裂纹扩展寿命分析,提出针对搭接结构复杂裂纹问题的权函数分析方法。首先,对多铆钉搭接板的复杂裂纹构型进行合理简化分类,利用其对应的权函数求解应力强度因子。然后,采用有限元分析计算含裂纹多铆钉搭接板的应力强度因子以验证权函数法的计算精度。最后,将经验证的权函数分析方法结合Paris裂纹扩展公式,对铆钉搭接结构进行疲劳裂纹扩展分析,并通过试验验证分析方法的有效性。结果表明,采用权函数法计算的应力强度因子与完全采用有限元方法计算的应力强度因子的相对差别小于5%,分析预测的裂纹扩展寿命与试验结果吻合良好,且计算效率比完全采用有限元法快3个数量级,进而为铆钉连接结构孔边裂纹的应力强度因子和疲劳裂纹扩展分析提供了一个有效方法。

关键词：权函数法铆钉连接结构疲劳裂纹扩展应力强度因子有限元分析

一种考虑结构非线性的连续突风气弹响应计算方法

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应用力学学报 2024年第1期41卷 42-50页

作者：肖宇中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院载荷部上海201210

连续突风气弹响应在工程中一般采用随机理论进行分析求解,通过将全机频响函数,与激励功率谱密度积分,即可得到各自由度均方根值。该方法基于频域线性求解,无法直接进行非线性响应分析。为此本研究基于匹配滤波器理论,提出了一套可考虑... 详细信息

连续突风气弹响应在工程中一般采用随机理论进行分析求解,通过将全机频响函数,与激励功率谱密度积分,即可得到各自由度均方根值。该方法基于频域线性求解,无法直接进行非线性响应分析。为此本研究基于匹配滤波器理论,提出了一套可考虑结构非线性的连续突风响应工程简化计算方法。通过引入突风滤波器,串联至全机气弹动力学系统,构成了连续突风的时域分析模型。针对所选取自由度的均方根值,通过匹配滤波器理论,计算得到一套各自由度“时间匹配”的响应,在此基础上,针对非线性结构模型,通过调整脉冲激励幅值,寻找最大的响应作为非线性结果,最终建立了一套适合于工程应用的、考虑结构非线性的连续突风响应计算方法。算例表明,本研究所建立的方法针对连续突风,可获得满足工程精度要求的各自由度“时间匹配”的响应,同时可用于结构非线性响应计算。

关键词：匹配滤波器理论随机理论功率谱密度结构非线性时域

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民用飞机增材制造技术应用发展趋势

航空学报 2024年第5期45卷 70-89页

作者：司瑞陈勇中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心北京102211 中国商用飞机有限责任公司上海200436

增材制造(AM)在复杂结构一体化成形、缩短生产周期和提高材料利用率方面优势显著,已成为实现民用飞机结构快速设计验证、减重降本增效、敏捷航材支援及维修维护应用的重要技术。基于增材制造技术的发展历程,深入剖析了增材制造在民用飞... 详细信息

增材制造(AM)在复杂结构一体化成形、缩短生产周期和提高材料利用率方面优势显著,已成为实现民用飞机结构快速设计验证、减重降本增效、敏捷航材支援及维修维护应用的重要技术。基于增材制造技术的发展历程,深入剖析了增材制造在民用飞机领域的应用优势及现状,对材料工艺、质量控制、适航要求和经济性等方面的关键挑战进行了详细阐述,并结合增材制造材料供给能力、工艺装备及软件系统性能的提升、产业政策的支持和产业链条的逐渐完善讨论了增材制造技术应用机遇;基于未来发展需求,展望了民用飞机增材制造技术创新应用的发展趋势。

关键词：民用飞机增材制造轻量化结构一体化成形智能化制造

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基于灰色-神经网络的民机需求组合预测

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1665-1672页

作者：庆豪方志耕王育红邱玺睿南京航空航天大学经济与管理学院江苏南京211106 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海201210

民机数量是反映民航运输能力的重要标志,而对民机数量进行预测,能够研究分析未来民航业的发展趋势。本文重点研究了民机需求预测的模型架构和实施方法,首先以2013年到2020年民机数量和其他关键因素作为原始样本,然后把2021年的数据作为... 详细信息

民机数量是反映民航运输能力的重要标志,而对民机数量进行预测,能够研究分析未来民航业的发展趋势。本文重点研究了民机需求预测的模型架构和实施方法,首先以2013年到2020年民机数量和其他关键因素作为原始样本,然后把2021年的数据作为检验样本,最后通过构建灰色神经网络组合预测模型对未来的民机需求进行预测。从预测结果来看,灰色模型GM(1,1)与反向传播(back propagation,BP)神经网络模型结合效果较好,组合模型预测精度高,充分证明了该模型的有效性和可行性,同时预测结果对分析未来航空运输情况也具有一定的参考意义。

关键词：民机神经网络组合预测

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氢能源民用飞机技术路线与总体概念设计方法研究

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推进技术 2024年第3期45卷 53-59页

作者：张新榃于航彭俊毅朱文都张炯王曼杨志刚中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心北京102211

本文以实现民用飞机净零碳排放为目标,寻找可以在未来投入大规模应用的新能源动力形式。从能量密度、功率密度、减碳以及能源经济性等维度开展对比评估,结合通勤飞机、窄体干线、宽体客机等典型座级航程的各级别民机产品的能源动力系统... 详细信息

本文以实现民用飞机净零碳排放为目标,寻找可以在未来投入大规模应用的新能源动力形式。从能量密度、功率密度、减碳以及能源经济性等维度开展对比评估,结合通勤飞机、窄体干线、宽体客机等典型座级航程的各级别民机产品的能源动力系统的质量对比,本研究认为“氢能源+涡轮机”将是未来新能源民用飞机最具可行性的能源动力组合。建立了适用于氢能飞机的总体设计流程,针对窄体干线氢能客机开展总体设计,采用阻力分解方法估算气动效率,多种分类质量计算方法估算空重,经过设计迭代形成可行的氢能飞机总体参数和初步概念方案。分析结果表明,对于窄体干线级别民机,采用“氢能源+涡轮机”的动力架构使该级别飞机起飞质量比传统燃油飞机增加不到10%。考虑到未来10~20年氢能动力系统和机载氢燃料存储技术可预见的突破,氢能飞机是实现航空运输净零碳排放的非常具有潜力的解决方案。

关键词：净零碳排放氢能源储氢质量分数飞机总体设计能源动力架构

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砂纸冰对民机平尾气动特性的影响

航空学报 2024年第2期45卷 151-166页

作者：李海星周峰颜巍白峰赵克良中国商用飞机有限责任公司、上海飞机设计研究院上海201210

平尾结冰严重影响飞机的纵向操纵性及稳定性。为研究结砂纸冰对平尾气动特性的影响,采用基于某民机平尾设计的大、小模型,在低速增压风洞中开展了带砂纸冰的测力试验,分析了砂纸冰粗糙度、雷诺数、角冰粗糙度对带冰平尾气动特性的影响规... 详细信息

平尾结冰严重影响飞机的纵向操纵性及稳定性。为研究结砂纸冰对平尾气动特性的影响,采用基于某民机平尾设计的大、小模型,在低速增压风洞中开展了带砂纸冰的测力试验,分析了砂纸冰粗糙度、雷诺数、角冰粗糙度对带冰平尾气动特性的影响规律,同时总结了砂纸冰的缩比方法。结果表明:砂纸冰粗糙度增加会导致平尾气动特性逐步恶化,在飞行雷诺数条件下,当冰型粗糙度相对高度为0.2×10^(-3)~0.6×10^(-3)时,相比于无冰条件,最大升力系数降低0.3~0.4;雷诺数对带砂纸冰平尾气动特性的影响超过对带角冰平尾的影响,但远小于对干净平尾的影响,当带砂纸冰平尾雷诺数由3.29×10^(6)提高至13.1×10^(6)后,其最大升力系数提高0.02~0.04;角冰表面粗糙度的变化对平尾气动特性的影响较小,由粗糙度带来的升力损失远小于角冰本身所带来的影响;当砂纸冰高度远超过当地边界层厚度时,风洞试验可根据模型比例对砂纸冰粗糙度进行几何缩比,而当砂纸颗粒较小时,采用几何缩比方式获得的砂纸冰对平尾气动力影响相对较小。提出了基于边界层厚度的砂纸冰粗糙度缩比方法,该方法的适用性还需要进一步验证。

关键词：砂纸冰平尾风洞试验气动特性粗糙度雷诺数边界层

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带剪切销抗爆容器定向泄压特性研究

爆炸与冲击 2024年第7期44卷 137-154页

作者：解江潘汉源蒋逸伦杨祥李漩郭德龙冯振宇中国民航大学科技创新研究院天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海200000 北京理工大学机电学院北京100081

为优化机载抗爆容器的结构设计并拓展其工程应用,研究了带剪切销抗爆容器的定向泄压特性。利用LS-DYNA软件建立了内爆载荷下带剪切销抗爆容器的数值模型,开展了容器内爆试验,获得了剪切销临界直径,并验证了模型可靠性,阐明了抗爆容器内... 详细信息

为优化机载抗爆容器的结构设计并拓展其工程应用,研究了带剪切销抗爆容器的定向泄压特性。利用LS-DYNA软件建立了内爆载荷下带剪切销抗爆容器的数值模型,开展了容器内爆试验,获得了剪切销临界直径,并验证了模型可靠性,阐明了抗爆容器内冲击波的传播与载荷分布规律,分析并讨论了泄压过程中泄压盖的运动规律,建立了不同泄压盖质量下药量与剪切销直径之间的函数关系,探究了剪切销的临界断裂问题。结果表明:100 g TNT内爆试验得到剪切销临界直径为22 mm,TNT爆炸后冲击波在容器内往复式传播,约3.8 ms时泄压盖冲出容器,5.0 ms时容器底部残存压力约为0.5 MPa;容器底部超压峰值约为144 MPa,罐体与泄压盖交汇形成的角隅处超压峰值约为149 MPa,且罐体在角隅处产生应变增长效应,角隅处成为新的危险点。剪切销的变形断裂过程会影响泄压盖的运动规律,导致泄压盖速度曲线中出现下降段,剪切销直径越大,下降段持续时间越长。TNT药量与剪切销临界直径呈正比,二者的线性关系不受泄压盖质量的影响。

关键词：抗爆容器泄压剪切销冲击波失效行为

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复合材料在大飞机上的应用现状

现代交通与冶金材料 2024年第2期4卷 1-7页

作者：陈勇吴光辉钟科林王士浩中国商用飞机有限责任公司上海200126 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海201210

复合材料在国内外大飞机上的应用趋于广泛,先进复合材料应用与商用飞机技术发展密不可分,其在推进商用飞机发展和更新换代的同时,复合材料技术和制造装备本身也在不断升级,两者相辅相成。国产大飞机起步较晚,在复合材料应用上基本处于... 详细信息

复合材料在国内外大飞机上的应用趋于广泛,先进复合材料应用与商用飞机技术发展密不可分,其在推进商用飞机发展和更新换代的同时,复合材料技术和制造装备本身也在不断升级,两者相辅相成。国产大飞机起步较晚,在复合材料应用上基本处于追赶趋势,但是随着国产复合材料的迅速发展,商用大飞机加快实现了关键部件的装机应用,并在发展中不断创新。

关键词：商用飞机复合材料发展趋势应用现状