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摘要: 飞机的研制可分为五个阶段:论证阶段、方案阶段、工程研制阶段、设计定型阶段、生产定型阶段。而最初的两个阶段决定了飞机最终气动布局、结构的定型,决定着型号的成功与否。当然这离不开飞机总体设计常用到的专业软件。


来源:航空制造网作者库/张启鹏

编辑整理:航空制造网

全文共 3223字,阅读需要 7分钟



飞机的研制可分为五个阶段:论证阶段、方案阶段、工程研制阶段、设计定型阶段、生产定型阶段。


飞机最初的两个阶段:最主要的是给出飞机总体技术方案,即确定飞机布局形式、总体设计参数、选定动力装置和各主要系统方案及其主要设备以及机体结构用的主要材料和工艺分离界面;进而形成飞机的总体布局图、三面图、结构受力系统、中心定位、性能、操作安定性计算,结构强度和刚度计算以及提出对各分系统的技术要求等。


而最初的两个阶段决定了飞机最终气动布局、结构的定型,决定着型号的成功与否。当然这离不开飞机总体设计常用到的专业软件。

 

AdvancedAircraft Analysis(AAA)


美国DAR((Design, Analysis and Research))公司的飞机设计软件。AAA软件在全球范围内超过55个国家成功应用,被世界范围内的主要航空工程大学、飞机制造商、军事组织广泛使用。AAA包含飞机概念设计所有专业的设计能力,使用大量的经验工程方法和数据,并且一直在更新进步:DAR一直持续不断的在研究风洞实验数据基础上,更新AAA中所使用的方法。在建立三维外形的时候,需要调用Shark FX-AP软件来建模,该软件需要单独购买。AAA生成的模型不能直接导入CATIA或者UG等工程软件中,需要重新建模进入一下阶段的设计工作。


AAA软件目前基本已在我国所有飞机设计主机场所及航空院校普及。


AAA帮助(信息和图形)


空客A380-800 3视图


波音747-400 3视图


波音737-900速度对攀爬速率的影响


塞斯纳奖状Cessna 525 CitationJet空重量重心

 

Shark FX-AP


美国DAR公司专门为飞机设计而开发的三维建模软件。软件还可以读取AAA文件中的几何信息。软件通过IGS、STEP、DXF、DWG格式与其他软件交换数据,同时可直接与AUTOCAD、CATIA、PROE、Sketch进行数据交互。软件具有一定的渲染能力。在飞机设计工作中,适合用于概念构思、概念展示、初步外形设计。

飞机设计怪才伯特-鲁坦特别喜欢该软件。


SharkCAD-AP和AAA


定义几何后,您可以将完成的飞机从AAA导出到AeroPack作为3D模型,以查看或创建高质量的图形。AeroPack导出曲线将定位并将样条曲线的定义坐标导出到文本文件中,只需点击几下。然后可以将这些坐标复制到Excel中并直接导入到AAA中。


塞斯纳奖状总体性能分析


塞斯纳172R飞机的三视图


全球鹰


PIANO


英国Lissys公司开发的民机概念设计软件,基于数据库开展飞机设计工作。可运行于MAC OS和Windows操作系统。其优势是民机数据非常全,可以作为重要的设计参考。直观的界面,提高了速度和效率,保持了完整的稳定性,并使这一首要的飞机分析工具的力量可用于更广泛的客户和组织。可以获得燃料消耗,环境排放(NOx,HC,CO,CO2),任何范围和有效负载组合的阻力和性能特征


对湾流650飞机总体性能分析.


湾流G550的起飞性能


湾流G550的升阻特性

 

对波音787飞机进行分析

 

OpenVSP


一个参数飞行器几何工具。 OpenVSP允许用户创建由通用工程参数定义的飞机的3D模型。 该模型可以处理成适合工程分析的格式。记住它是开源的哦。


这是OpenVSP界面


用openvsp进行计算带桨盘的机翼


翼身组合体


RDS


美国CRC(Conceptual ResearchCorporation)开发的飞机概念设计软件,具有优秀的三维造型设计能力, RDS可以进行飞行器概念设计、初步设计,包含总体、气动、性能、重量、载荷、控制、动力、成本等功能。具有自己的图形系统,设计和造型能力突出。


中国有些学校有老版本的RDS,新版本功能更强,国外用的多,国内用的少。国内用AAA的多。


 

战机的总体布局形式


升阻比计算分析


CAVSIM(Conceptual airVehicle Simulation)


达索与波音合作开发,CAVSIM可以进行典型的飞行器概念设计,包含ACSYNT软件方法知识,并进行优化,图形界面集成UG。其图形设计相对比较简化,只适用于设计前期的工作。



ACSYNT


和AAA、RDS类似的概念设计工具,NASA比较推荐。通过检查,修改和整合工程分析过程的飞机设计软件,设计新的民用航空运输更加容易。20世纪70年代,Ames研究中心开始大力改进概念设计过程。开发了一种软件工具,为飞机制造商提供所需的信息,以便在早期设计阶段快速准确地预测飞机的性能和成本,甚至是其产生的噪音。


到现在ACSYNT已经成为一流的概念级飞机设计工具,提供3D计算机辅助设计(CAD)环境以及详细的分析功能。飞机概念可以在CAD界面中快速建模,然后使用一套代表空气动力学,推进和任务性能参数的多学科模块进行分析。ACSYNT已经成功应用于高速民用运输配置,亚音速运输和超音速战斗机。


通过Phoenix Integrated使用ACSYNT,设计师可以输入部件的尺寸,并自动创建曲面


不过现在ACSYNT已经不销售了

 

APP


美国DAR公司产品。Aircraft PerformanceProgram (APP)最早在1981年由ALR和RUAG联合开发完成。做位一个飞行器的性能和初步设计分析程序,应用于战斗机、教练机和轻型飞机。今天,APP已经成为一个被广泛认可的飞行器性能分析工具。它主要任务是实际和理论性能分析,概念开发和细节设计,竞争对手绩效分析,飞行测试和认证支持,飞行手册,表演和营销手册,大学和学术教学。


APP检查各种数据,例如推力,燃油流量,升程,阻力,SEP,转速等

 

RAMSIS


Human Solutions开发的用于驾乘环境人机分析的高效工具。该软件为分析人员提供了一个仿真的三维人体模型,来模拟驾乘人员的行为。它使分析人员在产品开发的初期、只有基本CAD数据的情况下,就可以进行全面的人机工程分析,以避免在开发阶段后期的设计更改。


RAMSIS飞机是一种CAD人体模型,专为飞机的人体工程学分析而开发。应用范围从驾驶舱和飞机乘客舱的人体工程学设计到虚拟现实环境中的预防和纠正维护模拟。



当然这些功能在CATIA上也能实现。RAMSIS是世界领先的CAD工具,用于车辆内饰和工作场所的人体工程学设计和分析,已被70%的汽车制造商使用。

 

PACELAB.APD


德国PACELAB研发,布局设计能力比较单一,主要依靠已经预先在软件内定义好的典型特征部件搭建飞机。应用于民机的概念设计和初步设计,在座舱布局这块有很大优势。目前中国商飞已经使用该软件参与设计。


Pacelab APD为初步飞机设计中涉及的所有主要任务提供了基本构架模块


导出了CAD兼容的飞机轮廓三视图


有效载荷与范围图可以考虑最大着陆重量限制


提供跟准确的计算方法,用于详细分析起飞阶段

 

CADS/OpenCADS


北航开发的飞机概念设计软件,有自己独立的图形系统。具有几何造型、气动、动力特性、性能、重量、电磁散射等特性计算分析能力。CADS可借助iSIGHT进行优化设计。OpenCADS在CADS上进行了改进和创新开发,侧重于民机设计。两个软件被用在北航的飞机设计教学中。


 

同样还有很多飞机设计软件


XFOIL

XFOIL是亚音速隔离单段翼型的设计和分析的交互式程序。这是由麻省理工学院教授马克·德雷拉(Mark Drela)撰写的。

 

XFLR5Airfoil and Wing analysis tool

XFLR5使用XFOIL作为其计算内核,并为Windows操作系统添加了图形用户界面。你仍然需要XFOIL手册找到你的方法。XFLR5还提供3D机翼设计功能,使用两种不同的计算方式。类似于MIAReX(下面进一步描述)使用内置的XFOIL内核来确定局部翼段属性。强烈推荐!

 

TORNADOVortex Lattice Method

在MATLAB中实现的涡旋格子法(VLM)。该代码适用于线性气动翼设计应用,概念飞机设计或航空教育。除了别的以外,它可以做好计算和显示Treffz平面速度矢量场的好东西。已知的CessnaC-172数据用于再次验证其他代码,如AVL,VIRGIT和CMARC。

 

AVL– Athena Vortice Lattice Method

Mark Drela教授和Harald Youngren教授的另一个设计方案。AVL是通过提供空气动力学分析,修剪计算和动态稳定性分析等来支持飞机配置开发的扩展旋涡点阵法(VLM)软件。

 

MIAReX

根据James C. Sivells和Robert H. Neely在NACA TN-1269(1947)中研制的公式,计算Xfoil和多翼型翼的计算方法。基本上,它需要2D翼段数据并整合跨跨越的各种2D截面属性来达到“半3D”解决方案。

 

Elmer

Elmer是用于多物理问题(FEA / FEM / CFD)的开源计算工具。它是与芬兰大学,研究实验室和行业合作开发的。Elmer包括流体动力学,结构力学,电磁学,传热和声学的物理模型。

CalculiX

自由软件三维结构有限元程序。

使用CalculiX有限元模型可以进行构建,计算和后处理。前处理器和后处理器是使用OpenGL API的交互式3D工具。求解器能够进行线性和非线性计算。静态,动态和热解决方案可用。这两个程序可以独立使用。

 

CEASIOM

CEASIOM应用程序是一个免费的概念飞机设计工具。它是在SimSAC(用于概念设计的模拟飞机稳定和控制特征)框架内开发的,具体目标研究项目(STREP)被欧盟委员会第六次研究,技术开发和示范框架计划批准供资。


还有更多飞机设计小软件:

http://www.dept.aoe.vt.edu/~mason/Mason_f/MRsoft.html#Nicolai


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