大型客机总体设计准则与概念创新[1]

中实现安全性、经济性、舒适性和环保性总体设计思想的重要性和必要性。在此基础上，就如何建立大型客机
综合考虑安全性／经济性／舒适性／环保性设计与评价准则体系，评价思路与方法进行了探索和研究，这对我国
大型客机的研制具有借鉴意义。此外。依据详实的数据。分析了２种新概念布局方案，即“ＢＷＢ－Ｃ”型翼布局 方案和“大载重浮升式飞机”方案，与目前常规布局方案飞机优缺点，同时分析了应用多学科精细设计方法对
空客公司提出了未来民机发展五大战略目 标，如图２。该五大战略目标中也明确地反映了 更安全、更经济、更舒适和更环保的设计思想。
Ｆｉｇ．１
图１ 波音下一代大型客机的关键技术领域
Ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ Ｂｏｅｉｎｇ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ａｉｒｃｒａｆｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｘｔ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
为了确保大型客肌研制中实现安全性／经济 性／舒适性／环保性方面的要求，需要将这些指标 合理地、定量化地分配到各个技术领域，并以此来 确定所急需研究解决的关键技术清单。下面是本
文提出的大型客机综合考虑安全性／经济性／舒适 性／环保性设计与评价准则体系。
（１）经济性准则 ①运输能力准则 代表了大型客机的运输 能力，主要从有效载重、巡航速度及满载航程等方 面描述客机的运输能力。 ②成本准则 主要从全寿命周期费用 （ＬＣＣ）、运营成本（直接运营成本（ＤＯＣ）、间接运 营成本（ＩＯＣ）等方面描述客机的成本问题。该准 则能够直接反映客机的全寿命周期费用（ＬＣＣ）及 运营成本。 （２）安全性准则 可靠性设计是确保安全、可靠运营的关键，在 客机的概念和方案阶段建立相应的“可靠性／维修 性／保障性／测试性”设计准则，开展以可靠性为核 心的“四性”设计，不仅可以最有效地提高客机的 安全性，而且可以有效地降低营运成本。①可靠 性设计准则；②以可靠性为核心的维修性（ＲＣＭ） 准则；③以可靠性为核心的保障性（ＲＣＳ）准则；④ 以可靠性为核心的测试性（ＲＣＴ）准则；⑤飞行安 全性准则（含鸟撞、坠毁、飞行操控、生存力等与飞 行相关的影响安全的准则）。 （３）环保性准则 反映客机的噪音、排放物等造成的环境污染 程度。包括：①废物排放准则；②噪声污染准则； ③燃油重量最小准则。 （４）舒适性准则 研究客机的飞行品质、客舱的空间、环境（包 括温度、湿度、压力等）、座椅等对乘客舒适度的影 响及其设计准则。
如何提高认识，真正在研制过程中的各个环 节坚决贯彻安全性、经济性、舒适性和环保性的思 想，开展概念创新和提高多学科精细设计水平是 研制我国具有全球市场竞争力的大型客机的关键 和核心。
１安全性／经济性／舒适性／环保性总体设 计思想分析
Ｉ．Ｉ波音、空客下一代大型客机发展思路分析
文献［１］中，波音公司的Ｒｏｕｎｄｈｉｌｌ和Ｒａｄ— ｌｏｆｆ讨论了波音未来大型客机发展的关键技术领 域，包括气动、材料与结构、推进和系统技术，详见 图１。可以看出，波音公司力图从提高推进系统 可靠度、材料与结构健康监测系统、电击保护、增
于提高大型客机飞机经济性的效果。在此基础上，指出了概念创新和多学科优化精细设计方法大规模应用对
于提高大型飞机安全性／经济性／舒适性／环保性的重要意义。
关键词：大型客机；总体设计准则；新概念飞机；精细设计
中图分类号：Ｖ２２１
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｂｏｅｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒｂｕｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｓ’ｐｌａｎｓ ｆｏｒ ａｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ａｉｒ－
中国即将启动研制的大型客机必须达到这样 的水平才能在全球竞争市场上站住脚，才能真正 获得商业成功。考虑到中国在大型客机方面的技 术与经验积累，国家整体基础工业的现状与水平， 这项任务十分艰巨。
收稿日期：２００７－０９—２４；修订日期：２００７—１２—２８ 通讯作者：宋笔锋Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｆｓｏｎｇ＠ｎｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
（２）如何按照安全性、经济性、舒适性和环保 性设计准则的要求对多种方案进行评价和优选， 避免过多的主观和经验主义？
（３）如何判别出哪些技术对中国客机的发展
是最重要的、哪些是次重要的？也就是说如何研 究确定新技术对大型客机的安全性、经济性、舒适 性和环保性的影响和贡献程度？
本文提出的解决以上问题的基本思路如图３ 所示。
增强的性能
一一一一心一一 减少延误卜Ｈ政进甘肮系统
改进监视系统
Ｆｉｇ．２
图２空客公司未来民机发展战略目标
Ｆｕｔｕｒｅ ｔａｒｇｅｔ ｏｆ Ａｉｒｂｕｓ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ａＩ—ｊ概念创新
从图ｌ和图２分析得出，为了提高未来大型客 机的全球竞争力，在设计中必需强调其安全性、经 济性、舒适性和环保性的设计理念和设计思想。
飞机的经济性，另一方面好的气动布局也可以使 飞机具有更高的安全性；“ＴＡＮＧＯ”，“ＣＡＩ”， “ＡＩ。ＣＡＳ”等研究计划主要围绕材料和结构技术， 通过采用先进的材料和合理的结构，可以大大降 低结构重量，提高经济性；“ＥＥＦＡＥ”，“ＵＥＥＴ”， “ＺＥＡ”，“ＡＥＡＰ”，“ＱＧＴ”等研究计划主要围绕 降低排放，提高环保性；“ＱＡＴ”，“ＳＩＩ。ＥＮＣＥ （Ｒ）”，“ＱＴＤ”，“ＸＧＰ”，“ＬＮＳＡ”等研究计划主要 围绕降低噪声，提高舒适性和环保性。“ＦＬＹ— ＳＡＦＥ”，“ＡＶＳＰ”等研究计划主要围绕提高安全 性和可靠性；“ＳＦＷ”，“ＩＦＣＳ”，“ＡＣＥＥ”等研究计 划主要围绕先进系统技术，通过总体综合优化设 计技术、先进电传技术和人机环境技术等提高飞 机安全性、经济性、舒适性和环保性。
在图３的解决思路中，核心问题是建立设计 准则体系和可分别进行方案和技术评估的决策模 型。下面对这两个问题进行探讨。
航 空 学报
第２９卷
力案件估层；欠结构Ｉ ｌ各指标定链分析模
Ｆｉｇ．３
图３ 大型客机总体设计中必须重视的３个基本问题的解决思路
Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ａｉｒｃｒａｆｔ
１．２欧美近年来若干民机重大研究计划分析
本文对欧美近年来开展的“ＡｗｌＡＴｏＲ”等 ２１项重大研究计划口ｆ２３］（如表１）进行了充分调研 和详细分析，认为这些研究计划的侧重点虽然不 同，但均紧紧围绕提高安全性、经济性、舒适性和 环保性开展关键技术研究。例如“ＡＷＩＡＴＯＲ”， “ＥＵＲ（）ＬＩＦＴ”，“ＯＰＥＲＡ”等研究计划主要围绕 提高大型客机的气动性能，通过采用先进的气动 布局设计，一方面可以减少飞机的飞行阻力，提高 升阻比和巡航效率，降低耗油率，从而大幅度提高
航空安全
卒客公司未来民机 发展５大战略Ｈ标
更便宜更舒适 减少排放物污染
降低噪声 增强的性能和更高的效率
防Ｉｏ 安全
降低造价 机舱垃计
兰而
吊架和发动 机集成 机体噪声
卜动保护方式 被动保护方式
系统设计 人为凶素 低造价金属材料 降低圳造费ｊＨ 气劬减ｍ 臂代能源 鬯ｆＵ ｆ－化的系统 轻赝结构 伞机噪一 高升／Ｊ噪卢
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｘｉ’ａｎ ７１００７２。Ｃｈｉｎａ）
摘 要：从研制中国未来具有全球市场竞争力的大型客机为出发点．结合波音和空客下一代大型客机的研究 思路以及美国和欧洲近年来围绕大型客机的若干重大研究计划，较深入地分析了在我国的大型客机的研制
表ｌ 欧美近年来开展的关于大型客机的若干重大研究计划 Ｔａｂｌｅ １ Ｌｉｓｔ ｏｆ ｏｎｇｏｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ Ｅｕｒｏｐｅ ａｎｄ Ａｍｅｒｉｃａ
大型客机总体设计中必须重视解决的３个基 本问题：
（１）如何以设计准则体系的方式将安全性、 经济性、舒适性和环保性落实到具体方案设计，并 且牵引出关键技术？
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航空学报
第２９卷
强驾驶舱系统和系统健康监测等方面增强飞机安 全性；从降低耗油率、降低维护费用、减轻材料与 结构重量、降低材料造价和维护维修费用等方面 提高飞机的经济性；从降低推进系统噪声、减少排 放物污染、能源优化、非Ｈａｌｏｎ防火等方面加强
环境保护；另外，从降噪和机舱设计等方面提高乘 坐的舒适性。
新技术的应用对于大型客机安全性、经济性、 舒适性和环保性的提升作用是最为突出的。但在 诸多新技术中，如先进气动技术、先进材料与结构 技术、先进制造技术、先进控制与系统技术等，如 何判别出哪些技术对中国客机的发展是最重要 的、哪些是次重要的，也就是说需要研究新技术对 大型客机的安全性、经济性、舒适性和环保性的影 响和贡献程度。这也是大型客机研制中需要研究 的重要问题之一。
（西北工业大学航空学院，陕西西安 ７１００７２） Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｃｏｎｃｅｐｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｒｉｔｅｒｉａ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ
Ａｉｒｃｒａｆｔ ｗｉｔｈ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｓｏｎｇ Ｂｉｆｅｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｂｉｎｑｉａｎ，Ｈａｎ Ｚｈｏｎｇｈｕａ
ｃｒａｆｔ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ａｉｒｃｒａｆｔ ｉｎ Ａｍｅｒｉｃａ ａｎｄ Ｅｕｒｏｐｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｖｉｅｗ ｏｆ Ｃｈｉｎａ’ｓ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ａｉｒｃｒａｆｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｘｔ ｏｆ ｇｌｏｂａｌ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｓａｆｅｔｙ．ｂｅｎｅｆｉｔ－ｃｏｓｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ。ｃａｂｉｎ ｃｏｍｆｏｒｔ．ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｒｉｅｎｄｌｉｎｅｓｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｎｃｅｐｔ ｄｅｓｉｇｎ ｃｒｉｔｅｒｉａ ｆｏｒ Ｃｈｉｎａ’ｓ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ａｉｒｃｒａｆｔ，ｉｎ－ ｖｏｌｖｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｄｅｓｉｇｎ，ｂｅｎｅｆｉｔ－ｃｏｓｔ ｄｅｓｉｇｎ，ｃａｂｉｎ ｃｏｍｆｏｒｔ ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ．Ｓｅｖｅｎ ｅｘａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｔｏ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｔＯ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｆｉｒｃｒａｆｔ，，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ＢＷＢ－Ｃ ｐａｓ— ｓｅｎｇｅｒ ｍｒｃｒＭｔ，ａｉｒｃｒａｆｔ－ａｉｒｓｈｉｐ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｏｒ ｈｅａｖｙ ｃａｒｇｏ，ａｎｄ ５ ｆｉｎｅ ｄｅｓｉｇｎｓ ｏｆ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｐｏｗ— ｅｒ ｕｎｉｔ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｍｕｈｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．