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2022年，在碳中和长期目标的指引下，全球航空业将从逐步提高燃油效率和开发低碳推进技术、新燃料的革命性方向继续同步推进。 飞机设计是一项复杂的系统工程。 仅靠新燃料和新推进技术不可能实现减排降噪的目标。 从总体设计的角度，需要对飞机布局进行研究，探索与新型推进系统的最佳配合。 气动布局和气动技术。 波音和空中客车等主要航空航天制造商不断探索新的空气动力学布局和各种空气动力学技术的潜力。 为促进民航可持续发展，各国的建模仿真、多学科优化等基础技术也在稳步推进。

本期已经发布了《2022年民用飞机气动技术总体发展回顾（上）》，探讨了新概念气动布局的发展。 本文将继续介绍先进气动设计和多学科设计优化软件的进展。

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先进的气动设计技术

气动技术是飞行器发展的一个基本问题。 在保证民用飞机安全的同时，降低飞机阻力、提高飞行效率、减轻飞机重量是飞机设计的主要技术指标。 气动技术的不断创新，推动了飞行器性能的不断提升。 民用飞机获得商业成功的技术保障。 2022年，民航领域将继续推进气动技术的研究与探索。

“支线飞机变形机翼”项目计划将变形机翼设计为“自适应”机翼，在飞行过程中无需飞行员直接干预即可自动“变形”，将可能对气动阻力的影响降到最低。 2022年1月26日，空客C295飞行试验平台2（FTB2）技术验证机在西班牙塞维利亚成功首飞，开始测试新型高效半柔性机翼、新型自适应飞行控制系统和嵌入式飞机。 卫星通信天线。 基于空客C295飞机的飞行试验台是欧洲“清洁天空”2计划和欧盟“地平线2020”科研创新计划的飞行验证机，用于测试“清洁天空”2未来多用途支线飞机技术，包括降噪，二氧化碳和氮氧化物排放的新材料和技术，目标是在400海里（741公里）的典型搜救任务中减少43%的二氧化碳和70%的氮氧化物排放，并在此过程中降低 45% 的噪音。

空中客车 C295 飞行试验平台 2 (FTB2) 技术演示器

“超性能机翼”（eXtra Performance Wing）是空中客车公司在“信天翁1”项目基础上建立的机翼主动控制技术集成验证项目。 将于2021年9月下水，该项目基于赛斯纳“奖状”VII公务机平台，集成超高性能机翼技术，并在典型飞行条件下进行测试，优化未来飞机机翼的气动性能。

“超高性能机翼”项目验证机风洞试验

2022年4月12日，空中客车公司在英国菲尔顿完成了“超高性能机翼”（eXtra Performance Wing）项目缩比示范机翼风洞试验，以快速测试和加速将使航空业脱碳的新技术。 技术。 风洞模型为部分3D打印比例验证机，由空中客车位于布里斯托尔的低速风洞设施的空气动力学团队专业制造。 长的设计会为减排带来好处。

6月，英国国家复合材料中心（NCC）表示，正在与空中客车公司联合开展“超级性能机翼”验证机项目，计划在夏季完成验证机的设计，然后开始制造。 该项目旨在改善机翼的气动布局，提高飞行性能，减少对环境的影响。 目前，机翼主动控制技术的研制和验证工作正在进行中。 具体内容包括：飞行时主动打开扰流板、主动释放后缘襟翼改变机翼面积、控制翼尖折叠的半气动弹性铰链等。这些技术装置可以集成在机翼结构中，是兼容各类推进系统，提升飞行器的飞行性能，最终达到减少碳排放的目的。

X-plane 试验机缩放原型进行风洞试验。 2022 年 5 月，波音子公司 Aurora Flight Sciences 将在加利福尼亚州圣地亚哥对 X-plane 试验机的 25% 缩放原型进行风洞试验，以使用主动射流控制技术（AFC）。 试验历时4周，收集了14000多个数据点，其中AFC控制功率点8860个，为项目未来阶段使用的飞行质量气动数据库奠定了基础。 X-plane试验机设计有一个前置后掠翼和一个后置前掠翼，通过翼尖连接形成一个菱形平面； 两组细长的高展弦比机翼用于在翼尖连接以减少阻力和结构重量。

层流控制技术是指采用一定的设计技术或机械装置，在飞行器表面形成较大的层流区域的技术。 目前，为民机设计的层流技术主要有自然层流（NLF）、受控层流（LFC）和混合层流控制（HLFC）。

开槽自然层流翼型（Slotted Natural-Laminar-Flow Airfoil）的概念与开槽超临界翼型的概念本质上是相似的。 通过使用槽（或槽），实现了单节翼型不易实现的压力恢复。

美国宇航局研究的开槽自然层流机翼

2022年3月4日，美国田纳西大学研究团队在加州NASA艾姆斯研究中心3.35米跨音速风洞中完成了宽度1.83米、后掠角12.5°的半模型机翼试验。 随着田纳西大学的研究接近尾声，该团队完成了SNLF翼型的巡航设计与分析、低速性能计算与风洞测试等任务，以及研究主动流动控制如何应用于先进飞机充分利用机翼的全部潜力。 表现。

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多学科设计优化软件取得进展

2022年，多学科设计优化方法研究继续深入铰链试验机，应用范围进一步扩大（梯度优化方法将应用于完整的涡扇动力设计），各类优化软件将发布重要更新。

2022年，经过1-7月半年的研究铰链试验机，密歇根大学的研究人员开发出多保真高涵道比涡扇航空发动机推进系统模型，该模型结合了一维热力循环分析和计算流体力学（CFD）整合到 Mphys 中。 Mphys 是美国国家航空航天局 (NASA) 绿色研究中心基于 OpenMDAO 计算机程序开发的多物理场库。 上述涡扇模型支持基于梯度的航空推进系统设计优化，涵盖发动机短舱形状、流道几何和热力学等。利用基于梯度的气动形状优化通过集成一维热力循环分析进行完整的涡扇配置分析CFD 是航空推进系统设计优化的一个重要发展里程碑。

6月，美国宇航局和加州理工学院的联合研究团队提出了一种基于排名统计的多保真度全局敏感性分析（GSA）方法，该方法不依赖于模型参数的数量。 与传统的全局灵敏度分析方法相比，该方法应用于美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜模型时，可以将计算成本降低约2个数量级。

7月，空中客车公司与密歇根大学为期五年的合作研究结束，开创了大型柔性大展弦比机翼优化的新方法，以及可以考虑非线性气动弹性的模型变复杂度分析方法问题。

8 月，伊利诺伊大学和 Samara Aerospace（总部位于特拉华州）就多功能姿态控制结构展开合作，采用多学科设计优化和突破性方法进行整体物理感知封装和布线优化。 多功能姿态控制结构是一种新型的航天器控制系统，它利用智能灵活的可展开面板作为姿态控制执行器。 此外，研究人员还与NASA合作，将分析目标级联法应用于NASA“起飞+巡航”电动垂直起降飞行器的趋势分析。

加州大学圣地亚哥分校的多尺度、多物理场设计优化实验室于 9 月发布了开源拓扑优化软件包 ParaLeSTO。 受益于多学科拓扑优化通用框架的最新进展，该软件可以通过一系列计算求解器和优化方法帮助解决多物理场设计问题。 该软件的演示示例包括多功能结构和复杂非线性材料系统的设计。

7 月，中佛罗里达大学概率力学实验室和 NASA 预测卓越中心联合发布了混合神经网络建模方法的开源代码，该方法通过将物理层和数据驱动层混合到一个深度模型中来考虑物理因素。神经网络，建立锂电池充电和健康状态分析模型，并根据NASA提供的测试数据进行验证。

8 月，NASA 发布了 OpenMDAO 3.2 版。 升级后的算法和可视化工具使 OpenMDAO 能够在分布式计算环境中进行高效的梯度计算。 这些函数对于基于 OpenMDAO 构建的 Mphys 库特别有用。

6 月，AIAA 多学科设计优化技术委员会在航空论坛期间举办了多保真度建模研讨会，与从业者社区互动，讨论最近的方法开发、教程、新挑战和研究机会。

9月，北约科技组织应用车辆技术组在保加利亚瓦尔纳召开军车设计多保真方法研讨会。 研讨会邀请了来自学术界、工业界和政府实验室的研究人员发表论文和演讲，内容涵盖航空、太空、海洋和其他应用。 研讨会上还发布了多学科设计优化的基准问题。

10 月，NASA 绿色中心举办了关于 OpenMDAO 和 Mphys 的研讨会。

多学科设计优化是提高新概念飞机设计、飞行发动机综合设计、整机综合能量管理与优化能力的有效手段。 也是异地协同设计和复杂大型系统设计的技术基础。 和其他概念开发。 未来，多学科设计优化将在高超音速、电动/全电动飞行器、火星探测器等新型装备的研制和生产中发挥更大作用。

中国航空工业发展研究中心 王妙祥