直升機(jī)總體設(shè)計(jì)思路和方法①

王錚 車(chē)勇 王偉東

(93199部隊(duì) 黑龍江哈爾濱 150001)

直升機(jī)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到重要作用，能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供運(yùn)輸保證。為了滿(mǎn)足運(yùn)輸發(fā)展的需要，應(yīng)該加快提高直升機(jī)的各項(xiàng)性能和使用要求，保證直升機(jī)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展。當(dāng)前直升機(jī)的設(shè)計(jì)發(fā)展十分迅速，主要依托先進(jìn)科技力量的發(fā)展作為支撐，使用最新的前沿技術(shù)推動(dòng)直升機(jī)設(shè)計(jì)思路的創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)提供支持。

1 當(dāng)前我國(guó)直升機(jī)總體設(shè)計(jì)的思路

我國(guó)的直升機(jī)研制工作起步較晚，與航空工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比存在一定的差距。這樣的現(xiàn)狀說(shuō)明我國(guó)的直升機(jī)研制工作應(yīng)該按照總體設(shè)計(jì)要求進(jìn)行推進(jìn)，保證直升機(jī)機(jī)型的研發(fā)能力建設(shè)，推進(jìn)飛行器研制的創(chuàng)新，嚴(yán)格執(zhí)行直升機(jī)研制的步驟，分別為論證、制定方案、工程研發(fā)、設(shè)計(jì)定型和進(jìn)行生產(chǎn)等幾個(gè)主要階段。在直升機(jī)的設(shè)計(jì)階段分為概念、初步和詳細(xì)策劃這三個(gè)部分?？傮w設(shè)計(jì)是直升機(jī)研發(fā)過(guò)程中最為重要的環(huán)節(jié)之一，能夠?qū)︼w機(jī)的研制起到推動(dòng)作用，各項(xiàng)關(guān)鍵的重要決策都會(huì)在總體設(shè)計(jì)中進(jìn)行安排。根據(jù)相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行直升機(jī)的整體研發(fā)中，總體設(shè)計(jì)會(huì)占用四分之一左右的時(shí)間，需要對(duì)這項(xiàng)工作給予高度的重視，并且能夠?qū)ο嚓P(guān)的飛行要求和性能質(zhì)量起到非常重要的影響。直升機(jī)總體設(shè)計(jì)思路的發(fā)展與直升機(jī)機(jī)型研究也有著緊密聯(lián)系，這主要體現(xiàn)在直升機(jī)型號(hào)研制的管理策略和相關(guān)技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)的建立。在直升機(jī)研制的初期，與直升機(jī)有關(guān)的學(xué)科理論知識(shí)及計(jì)算技術(shù)的發(fā)展主要是參考原有機(jī)型的設(shè)計(jì)思路，但是隨著各項(xiàng)技術(shù)理論的逐漸成熟，直升機(jī)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化，技術(shù)層面得到全面拓展，取得了較大的成績(jī)。特別在近些年，隨著直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，為全面優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各項(xiàng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的建立提供堅(jiān)強(qiáng)保證。為了全面提升直升機(jī)的綜合運(yùn)輸能力，要開(kāi)展分層次的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，這項(xiàng)思路已經(jīng)得到行業(yè)的全面認(rèn)可，為直升機(jī)的總體思路設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 直升機(jī)傳統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

直升機(jī)的發(fā)展已經(jīng)取得重要進(jìn)步，根據(jù)行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)能夠看出，直升機(jī)已經(jīng)發(fā)展到共計(jì)四代機(jī)型。最早的直升機(jī)出現(xiàn)在20世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)的第一代直升機(jī)只是剛剛起步，技術(shù)方面還很不完善，存在一些問(wèn)題，在安全性等方面還有需要改進(jìn)的地方，設(shè)計(jì)的機(jī)型主要以直升機(jī)基本飛行性能為主要參考因素；總體設(shè)計(jì)理念是以固定翼飛機(jī)和旋翼機(jī)為主的設(shè)計(jì)方法。在20世紀(jì)末期，第二代、第三代直升機(jī)的發(fā)展很快，直升機(jī)的設(shè)計(jì)型號(hào)得到很快的提升，性能和運(yùn)輸量增長(zhǎng)很多。為人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供服務(wù)，在長(zhǎng)期的研制過(guò)程中，積累了豐富的直升機(jī)研制經(jīng)驗(yàn)，直升機(jī)總體設(shè)計(jì)方案不斷更新，設(shè)計(jì)方法更加規(guī)范化和系統(tǒng)化。直升機(jī)的總體設(shè)計(jì)功能方法如下。

2.1 原準(zhǔn)機(jī)法

該方法主要是參考原有的設(shè)計(jì)方案和成熟的機(jī)型設(shè)計(jì)資料，為直升機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案提供參考，這些參數(shù)是設(shè)計(jì)制造最初始值還有相關(guān)的設(shè)計(jì)氣動(dòng)初步布局、系統(tǒng)研制設(shè)計(jì)方案和重量評(píng)估等數(shù)值。并對(duì)直升機(jī)的飛行性能進(jìn)行重點(diǎn)分析和成本評(píng)估，這些數(shù)值與實(shí)際設(shè)計(jì)值進(jìn)行比對(duì)并逐步進(jìn)行調(diào)整，最終獲得正確的設(shè)計(jì)數(shù)值。

2.2 統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法

統(tǒng)計(jì)法主要是對(duì)直升機(jī)的所有設(shè)計(jì)數(shù)值數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立專(zhuān)門(mén)的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)全部設(shè)計(jì)參數(shù)的范圍進(jìn)行比對(duì)和參考，全面分析各項(xiàng)數(shù)值的波動(dòng)狀況，保證為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確數(shù)值。常見(jiàn)的使用方法是元回歸等方法，這樣能夠?yàn)橹鄙龣C(jī)提供準(zhǔn)確可靠的參數(shù)范圍和統(tǒng)計(jì)參數(shù)之間關(guān)系函數(shù)表達(dá)式。為所有機(jī)型的研制提供正確的方案設(shè)計(jì)，可以按照統(tǒng)計(jì)關(guān)系式對(duì)直升機(jī)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行管理。

2.3 參數(shù)分析法

要嚴(yán)格依照直升機(jī)的設(shè)計(jì)要求選擇相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，初步確定直升機(jī)的總體參數(shù)范圍，再根據(jù)相關(guān)的要求安排確定有關(guān)的總體參數(shù)。這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是根據(jù)直升機(jī)的自身?xiàng)l件和燃油重量進(jìn)行選擇的。原有的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法更多的是依照原準(zhǔn)機(jī)和相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)作為設(shè)計(jì)的思路。這種設(shè)計(jì)思路的特點(diǎn)是思維比較明確、設(shè)計(jì)過(guò)程準(zhǔn)確明了、能夠提供較好的設(shè)計(jì)目標(biāo)。有時(shí)也會(huì)受到一些相關(guān)專(zhuān)業(yè)因素的限制，如各學(xué)科的專(zhuān)業(yè)理論設(shè)計(jì)和計(jì)算情況的影響。在相關(guān)的設(shè)計(jì)方案中還會(huì)考慮到設(shè)計(jì)階段的影響，應(yīng)該對(duì)直升機(jī)的各項(xiàng)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的學(xué)科分析，這樣才能保證設(shè)計(jì)的方案合理化，有時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于某種設(shè)計(jì)的改變導(dǎo)致不能滿(mǎn)足使用的要求就應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)范化的調(diào)整，這樣也會(huì)增加設(shè)計(jì)的時(shí)限和研發(fā)的成本。

3 直升機(jī)總體設(shè)計(jì)方案的全面提升及展望

隨著我國(guó)各項(xiàng)科技的全面發(fā)展，對(duì)直升機(jī)的系統(tǒng)工程進(jìn)行全面研發(fā)，依賴(lài)相關(guān)研究學(xué)科的發(fā)展，為直升機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案提供更多的技術(shù)優(yōu)化選擇，使得該項(xiàng)技術(shù)得到全面發(fā)展，經(jīng)過(guò)對(duì)直升機(jī)系統(tǒng)的升級(jí)改進(jìn)，直升機(jī)的研制時(shí)期得到不斷縮短，為形成更高水平的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供保證。當(dāng)前，我國(guó)的直升機(jī)總體設(shè)計(jì)發(fā)展展望已經(jīng)處于第四代向第五代邁進(jìn)的時(shí)期，不管是哪種用途的直升機(jī)，都對(duì)其性能提出更高的要求，可以滿(mǎn)足更多環(huán)境要求和飛行距離時(shí)間的限制。

3.1 全面優(yōu)化設(shè)計(jì)理念方案

在直升機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該逐步完善各項(xiàng)設(shè)計(jì)方案，滿(mǎn)足實(shí)際需要。應(yīng)該進(jìn)一步規(guī)劃綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的工程和模型系統(tǒng)進(jìn)行全面設(shè)計(jì)升級(jí)，加快融入不同學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)指導(dǎo)，這樣才能使設(shè)計(jì)方案變得更加全面和系統(tǒng)，只有不斷加強(qiáng)各學(xué)科的知識(shí)才能綜合評(píng)估直升機(jī)的綜合方案。要加快對(duì)設(shè)計(jì)方案的延伸，深入分析實(shí)際需要，要結(jié)合直升機(jī)的使用途徑增加性能保證，使產(chǎn)品獲得更多的優(yōu)勢(shì)，為直升機(jī)的使用提供更多支持，提高直升機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量和使用年限。

3.2 從實(shí)際設(shè)計(jì)方案考慮

應(yīng)該充分利用直升機(jī)研制領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)使用多學(xué)科設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面優(yōu)化，總結(jié)研制設(shè)計(jì)過(guò)程，要分層次進(jìn)行研制方案的確定。強(qiáng)化各項(xiàng)實(shí)際設(shè)計(jì)工作，可以使用理論概念與實(shí)際物理模型、數(shù)值等方面進(jìn)行綜合分析，利用先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)和數(shù)字設(shè)計(jì)條件進(jìn)行優(yōu)化，也可以考慮利用各種商用軟件等進(jìn)行科學(xué)運(yùn)算。通過(guò)使用代理模型的方式進(jìn)行相對(duì)復(fù)雜的理論數(shù)據(jù)分析，這樣才能滿(mǎn)足直升機(jī)的實(shí)際總體設(shè)計(jì)方案要求。

3.3 逐步擴(kuò)大分析模型的使用

為全面適應(yīng)新型直升機(jī)的設(shè)計(jì)發(fā)展需要，應(yīng)該加快對(duì)直升機(jī)總體設(shè)計(jì)的研究。全面擴(kuò)大分析模型的應(yīng)用，綜合考慮各項(xiàng)拓展因素的限制，不斷推出各項(xiàng)新構(gòu)型直升機(jī)的研制。要將各項(xiàng)總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷改進(jìn)，直升機(jī)的發(fā)展離不開(kāi)各學(xué)科先進(jìn)技術(shù)的支持，研制直升機(jī)的設(shè)計(jì)模型能夠幫助更好發(fā)展，保證直升機(jī)的全面發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

直升機(jī)的發(fā)展離不開(kāi)其它專(zhuān)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，要保證各項(xiàng)專(zhuān)業(yè)型號(hào)和技術(shù)的發(fā)展，就要加強(qiáng)高科技的創(chuàng)新。直升機(jī)總體設(shè)計(jì)的理念發(fā)展需要科技的支持，要將更多的成熟設(shè)計(jì)方法和技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，持續(xù)不斷地采用各種新理念和新辦法進(jìn)行分析，保證創(chuàng)新科技的應(yīng)用，不斷推動(dòng)直升機(jī)總體設(shè)計(jì)方法的發(fā)展。