直升機總體設(shè)計思路和方法①

王錚 車勇 王偉東

(93199部隊 黑龍江哈爾濱 150001)

直升機在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到重要作用，能夠為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供運輸保證。為了滿足運輸發(fā)展的需要，應(yīng)該加快提高直升機的各項性能和使用要求，保證直升機的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展。當(dāng)前直升機的設(shè)計發(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)推動直升機設(shè)計思路的創(chuàng)新，為實現(xiàn)總體設(shè)計方法的改進(jìn)提供支持。

1 當(dāng)前我國直升機總體設(shè)計的思路

我國的直升機研制工作起步較晚，與航空工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比存在一定的差距。這樣的現(xiàn)狀說明我國的直升機研制工作應(yīng)該按照總體設(shè)計要求進(jìn)行推進(jìn)，保證直升機機型的研發(fā)能力建設(shè)，推進(jìn)飛行器研制的創(chuàng)新，嚴(yán)格執(zhí)行直升機研制的步驟，分別為論證、制定方案、工程研發(fā)、設(shè)計定型和進(jìn)行生產(chǎn)等幾個主要階段。在直升機的設(shè)計階段分為概念、初步和詳細(xì)策劃這三個部分。總體設(shè)計是直升機研發(fā)過程中最為重要的環(huán)節(jié)之一，能夠?qū)︼w機的研制起到推動作用，各項關(guān)鍵的重要決策都會在總體設(shè)計中進(jìn)行安排。根據(jù)相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行直升機的整體研發(fā)中，總體設(shè)計會占用四分之一左右的時間，需要對這項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。直升機總體設(shè)計思路的發(fā)展與直升機機型研究也有著緊密聯(lián)系，這主要體現(xiàn)在直升機型號研制的管理策略和相關(guān)技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)的建立。在直升機研制的初期，與直升機有關(guān)的學(xué)科理論知識及計算技術(shù)的發(fā)展主要是參考原有機型的設(shè)計思路，但是隨著各項技術(shù)理論的逐漸成熟，直升機系統(tǒng)的總體設(shè)計不斷優(yōu)化，技術(shù)層面得到全面拓展，取得了較大的成績。特別在近些年，隨著直升機空氣動力學(xué)和結(jié)構(gòu)動力學(xué)等領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，為全面優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和各項結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的建立提供堅強保證。為了全面提升直升機的綜合運輸能力，要開展分層次的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，這項思路已經(jīng)得到行業(yè)的全面認(rèn)可，為直升機的總體思路設(shè)計奠定堅實基礎(chǔ)。

2 直升機傳統(tǒng)總體設(shè)計方案

直升機的發(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，直升機已經(jīng)發(fā)展到共計四代機型。最早的直升機出現(xiàn)在20世紀(jì)初，當(dāng)時的第一代直升機只是剛剛起步，技術(shù)方面還很不完善，存在一些問題，在安全性等方面還有需要改進(jìn)的地方，設(shè)計的機型主要以直升機基本飛行性能為主要參考因素；總體設(shè)計理念是以固定翼飛機和旋翼機為主的設(shè)計方法。在20世紀(jì)末期，第二代、第三代直升機的發(fā)展很快，直升機的設(shè)計型號得到很快的提升，性能和運輸量增長很多。為人類的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供服務(wù)，在長期的研制過程中，積累了豐富的直升機研制經(jīng)驗，直升機總體設(shè)計方案不斷更新，設(shè)計方法更加規(guī)范化和系統(tǒng)化。直升機的總體設(shè)計功能方法如下。

2.1 原準(zhǔn)機法

該方法主要是參考原有的設(shè)計方案和成熟的機型設(shè)計資料，為直升機的總體設(shè)計方案提供參考，這些參數(shù)是設(shè)計制造最初始值還有相關(guān)的設(shè)計氣動初步布局、系統(tǒng)研制設(shè)計方案和重量評估等數(shù)值。并對直升機的飛行性能進(jìn)行重點分析和成本評估，這些數(shù)值與實際設(shè)計值進(jìn)行比對并逐步進(jìn)行調(diào)整，最終獲得正確的設(shè)計數(shù)值。

2.2 統(tǒng)計設(shè)計法

統(tǒng)計法主要是對直升機的所有設(shè)計數(shù)值數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，建立專門的參數(shù)數(shù)據(jù)庫，對全部設(shè)計參數(shù)的范圍進(jìn)行比對和參考，全面分析各項數(shù)值的波動狀況，保證為設(shè)計提供準(zhǔn)確數(shù)值。常見的使用方法是元回歸等方法，這樣能夠為直升機提供準(zhǔn)確可靠的參數(shù)范圍和統(tǒng)計參數(shù)之間關(guān)系函數(shù)表達(dá)式。為所有機型的研制提供正確的方案設(shè)計，可以按照統(tǒng)計關(guān)系式對直升機的總體設(shè)計進(jìn)行管理。

2.3 參數(shù)分析法

要嚴(yán)格依照直升機的設(shè)計要求選擇相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，初步確定直升機的總體參數(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)。這種實驗設(shè)計方法是根據(jù)直升機的自身條件和燃油重量進(jìn)行選擇的。原有的傳統(tǒng)設(shè)計方法更多的是依照原準(zhǔn)機和相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以設(shè)計者的經(jīng)驗作為設(shè)計的思路。這種設(shè)計思路的特點是思維比較明確、設(shè)計過程準(zhǔn)確明了、能夠提供較好的設(shè)計目標(biāo)。有時也會受到一些相關(guān)專業(yè)因素的限制，如各學(xué)科的專業(yè)理論設(shè)計和計算情況的影響。在相關(guān)的設(shè)計方案中還會考慮到設(shè)計階段的影響，應(yīng)該對直升機的各項研究數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)的學(xué)科分析，這樣才能保證設(shè)計的方案合理化，有時在設(shè)計的過程中，由于某種設(shè)計的改變導(dǎo)致不能滿足使用的要求就應(yīng)該對設(shè)計進(jìn)行規(guī)范化的調(diào)整，這樣也會增加設(shè)計的時限和研發(fā)的成本。

3 直升機總體設(shè)計方案的全面提升及展望

隨著我國各項科技的全面發(fā)展，對直升機的系統(tǒng)工程進(jìn)行全面研發(fā)，依賴相關(guān)研究學(xué)科的發(fā)展，為直升機的總體設(shè)計方案提供更多的技術(shù)優(yōu)化選擇，使得該項技術(shù)得到全面發(fā)展，經(jīng)過對直升機系統(tǒng)的升級改進(jìn)，直升機的研制時期得到不斷縮短，為形成更高水平的優(yōu)化設(shè)計提供保證。當(dāng)前，我國的直升機總體設(shè)計發(fā)展展望已經(jīng)處于第四代向第五代邁進(jìn)的時期，不管是哪種用途的直升機，都對其性能提出更高的要求，可以滿足更多環(huán)境要求和飛行距離時間的限制。

3.1 全面優(yōu)化設(shè)計理念方案

在直升機的設(shè)計過程中，應(yīng)該逐步完善各項設(shè)計方案，滿足實際需要。應(yīng)該進(jìn)一步規(guī)劃綜合設(shè)計系統(tǒng)，對于相對復(fù)雜的工程和模型系統(tǒng)進(jìn)行全面設(shè)計升級，加快融入不同學(xué)科的知識和技術(shù)指導(dǎo)，這樣才能使設(shè)計方案變得更加全面和系統(tǒng)，只有不斷加強各學(xué)科的知識才能綜合評估直升機的綜合方案。要加快對設(shè)計方案的延伸，深入分析實際需要，要結(jié)合直升機的使用途徑增加性能保證，使產(chǎn)品獲得更多的優(yōu)勢，為直升機的使用提供更多支持，提高直升機的產(chǎn)品質(zhì)量和使用年限。

3.2 從實際設(shè)計方案考慮

應(yīng)該充分利用直升機研制領(lǐng)域的優(yōu)勢，通過使用多學(xué)科設(shè)計方案進(jìn)行全面優(yōu)化，總結(jié)研制設(shè)計過程，要分層次進(jìn)行研制方案的確定。強化各項實際設(shè)計工作，可以使用理論概念與實際物理模型、數(shù)值等方面進(jìn)行綜合分析，利用先進(jìn)的計算技術(shù)和數(shù)字設(shè)計條件進(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)運算。通過使用代理模型的方式進(jìn)行相對復(fù)雜的理論數(shù)據(jù)分析，這樣才能滿足直升機的實際總體設(shè)計方案要求。

3.3 逐步擴(kuò)大分析模型的使用

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

4 結(jié)語

直升機的發(fā)展離不開其它專業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，要保證各項專業(yè)型號和技術(shù)的發(fā)展，就要加強高科技的創(chuàng)新。直升機總體設(shè)計的理念發(fā)展需要科技的支持，要將更多的成熟設(shè)計方法和技術(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，不斷推動直升機總體設(shè)計方法的發(fā)展。