先进直升机发展现状及设计革新解析

先进直升机总体设计革新 

1.技术革新 

传统的直升机总体设计是指从概念设计阶段到初步设计阶段进行方案设计的全过程，这一过程以用户对直升机的需求为中心，通过继承与创新、综合与协调、反复迭代与逐次逼近，最终得到最优的新机总体方案。 

如前所述，目前“提高作战效能、降低研制成本、缩短研制周期以及加强直升机安全性、可靠性、经济性、舒适性、环保性和适用性”已经成为用户对先进直升机的需求。围绕这一中心，必须从设计理念与模式、设计技术与方法上对总体设计进行根本性的转变与革新。 

首先，从设计理念与模式上，必须完成从传统的“面向性能设计”到现代的“可负担性和质量设计”的转变，即从追求少数重要飞行性能发展到追求系统综合使用效能，从单纯追求性能发展到考虑全寿命周期费用，从采用串行设计模式发展到采用并行设计模式。也就是说先进直升机的总体设计要素从仅考虑气动、动力和重量等工程学科的一维度，转变为将工程学科以外的飞行力学、结构动力学、隐身性以及“六性”等学科考虑在内的多维度。 

其次，从设计技术与方法上，必须完成从传统的单目标优化到多目标优化、多学科优化的跨越。NASA Langley 研究中心对直升机旋翼桨叶多学科优化涉及进行了大量的研究，结果表明通过考虑多个学科之间的耦合，可以提高旋翼的综合性能。推而广之，直升机总体设计涉及到空气动力学、飞行力学、动力学、结构强度、经济性等多个学科，这些学科之间存在着相互耦合关系，通过综合权衡与优化，必定能够获得全局最优的直升机总体设计方案。 

此外，为了将所有的设计理念与模式、设计技术与方法转变的成果转化为价值，先进直升机总体设计的终点从传统的“最优的新机总体方案”转变为“满足用户需求的直升机产品”。 

这三大转变成就了直升机总体设计技术的革新，也造就了先进直升机总体设计的三大特点，即丰富的内涵、广阔的外延与全方位的维度。而将技术革新付诸实施必须将直升机技术与当前快速发展的数字化和信息化技术有机结合起来。 

实际上，早在20世纪70年代初就有人建议在直升机设计中应用总体综合设计技术，即把多学科综合设计优化方法应用到直升机的设计中去。但直到20世纪80年代才认识到这种方法的重要性，其主要原因是直升机设计问题复杂并且缺乏可靠的分析工具。 

随着数字化设计技术与优化设计方法的快速发展，出现了专门的直升机总体综合设计软件系统，并以此为基础搭建了实用的直升机总体综合设计评估平台，先进直升机总体设计技术革新初见成效。 

先进的综合设计评估平台涵盖需求、参数、气动、重量、人机工程、结构与系统、振动、噪声、寿命、“六性”、经济性、时效性、风险性与效能等要素，将总体设计的内涵从传统的单向设计拓展到设计评估一体化的闭环优化，将其外延从传统的概念设计、初步设计与方案设计拓展到全寿命周期，将其维度从单一的工程学科拓展到多领域、多学科在内的全方位。具体地讲： 

（1）需求是指全寿命需求管理； 

（2）参数是指总体参数选择与优化设计； 

（3）气动包括气动外形、气动性能、气动载荷、气动噪声、飞行品质以及气动隐身一体化； 

（4）重量是指直升机重量重心控制； 

（5）人机工程是人机界面与接口控制； 

（6）结构与系统包括结构强度设计以及各系统的设计与开发；