飞机总体设计是一个复杂的系统工程,覆盖了多个学科的内容,需要把物理、数学、空气动力学、飞行力学、控制原理、材料和工艺、经济学、发动机构造与原理、机械设计、结构力学等学科以及其他应用科学的基础科学的知识综合在一起。它包括了大量的设计变量,性能状态变量,约束方程,各个系统模型相互交叉影响,各个设计目标对设计变量的要求相互矛盾,子系统的构成可能是由不同领域的专家甚至在不同地点来操作运行的。因此需要发展一种高效适合于像飞机这样的复杂工程系统设计优化的方法。
从以上分析飞机设计的特点来看,未来发展呈现出多学科优化设计和面向系统设计的趋势。
1.多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimiza-tion)。多学科设计优化是解决由相互耦合的物理现象控制的,由若干不同的交互子系统构成的复杂工程系统设计的有效方法。多学科设计优化技术在提供变量、约束、性能间交互作用和耦合信息的基础上实现同时满足各学科和系统约束的设计,具有对各种设计方案迅速进行折中分析的能力。多学科设计优化已成为研究的热点,而且不仅仅是学术研究,已经用于工程实践。如在飞机改型设计中,以最小重量和成本代价对现有飞机实现改变设计要求,迅速计算出设计参数对性能的影响,有效控制寿命周期成本。
多学科设计优化利用计算机网络技术集成各个学科(子系统)的知识,应用有效的设计优化策略,组织和管理设计过程,充分利用子系统之间相互作用产生的协同效应,获得系统的整体最优解。多学科设计优化通过并行设计缩短设计周期,这与现代制造技术中的并行工程思想是一致的。
2.面向系统设计。现代飞机设计是一个极复杂的系统工程,决定了飞机设计方法是建立和研究大型复杂系统的功能性规律最一般的描述及对其分析和综合的方法。其有别于以往设计方法的特征是:综合优化准则的应用;描述整个系统本质特征的数学模型的应用;数学优化方法、计算机技术的广泛应用。
作为设计对象的现代飞机具有高度的层次结构,而无论是军用飞机还是民用飞机,都是由机体平台、动力系统、机载设备、控制系统等构成的。可以把飞机分成若干个完成各种功能的子系统,将这些子系统总和在一起就决定了它的有效性能;这绝不意味着各个子系统是完全独立的,飞机的各系统是相互联系和相互制约的。
飞机设计中设计过程可分为若干阶段,而飞机则可划分成子系统和各部件。这就决