● 摘要
某机型飞行特点是机上乘员少，飞行时间长，对工效、能耗、舒适性要求较高。传统座舱压力制度使得舱压较低，飞行员需面罩持续供氧，长时间飞行会导致飞行员极度不适，并降低工效。基于该问题，论文提出了高余压座舱设计概念。正常飞行时可以不供氧，只在应急情况下吸氧，因而可以不用复杂的分子筛供氧系统，只用复材高压氧气瓶供氧，满足一定时间的返回飞行，降低系统复杂性，提高可靠性。
但设计高余压座舱将导致座舱重量增加，影响飞机经济性和机动性。对于经济性、机动性、质量和座舱环境工效之间的矛盾问题，鉴于复合材料质轻、高强度等优势，本文提出了基于复合材料的高余压座舱设计思路。重点从高余压座舱压力制度的制定、复合材料整体座舱结构与强度的理论与数值研究、高余压座舱压力调节系统设计以及与其它系统的关联问题等等几个方面展开研究。
论文首先对高空缺氧和低气压等方面的生理学知识和实验数据，及增压座舱生理学要求进行分析，分析出制定压力制度的决定性参数。然后通过这些参数设计计算，确定论文高余压座舱压力制度方案。该方案最大压差63.79kPa，比传统压差提高24.59kPa，可保飞机在升限15500m处，其舱压高度2500m，可在不供氧条件下满足工效要求。
考虑高余压座舱压力制度的实现是一复杂系统工程，论文又从材料学、工程学的角度进行了深入研究。论文首先对材料替代对结构的影响做了近似分析，得到等刚度曲线和等质量曲线，从而可初步判断材料替代带来的质量影响。为做精确对比，论文对复材结构设计的特殊性做了研究，从而完成座舱结构设计与选材，进而完成有限元模型的建立。
为合理研究座舱承载和质量的关系，需对不同材料座舱进行优化设计。优化过程中，对座舱进行参数化建模。考虑到座舱优化是一涉及强度、刚度、稳定性等的多约束目标优化问题，论文通过多学科优化分析提出本文的优化方案。考虑到设计变量空间复杂性，论文提出了分级优化思想。考虑到不同方法各自特点，论文确定了一阶方法和零阶方法相结合的优化方法。然后，基于建立的座舱模型，论文从强度、刚度、稳定性等多角度，对不同材料座舱进行优化与校核，从而得到不同材料座舱各自的优化方案。最后，完成不同材料座舱之间的比较，比较结果表明，因采用复合材料进行高余压座舱设计，余压由目前39.2kPa提高到63.78kPa，座舱质量仅由目前的1871kg增加到1952kg。
最后，论文结合机型特点，重点考虑机动性能要求，完成调节系统选型，进而完成座舱压力调节系统结构设计与调节分析。考虑到飞机座舱压力调节系统的非线性，论文通过对座舱、控制器、排气活门等组件的数学模型进行研究，然后借助Simulink平台，完成座舱压力调节系统的仿真。最后借助实例对本文设计的压力调节系统进行了验证，结果表明，设计的舱压调节系统满足设计要求，是可行的。
本文以工程应用为背景，把航空生理学、材料学、工程学等相关多学科知识结合在一起，对复合材料高余压座舱进行了较为系统的研究。通过对高余压座舱进行可行性论证并对其实现方法展开研究，找到使得座舱环境工效、舒适性与飞机能耗、机动性之间矛盾得到协调的方案，实现了飞机节能、减重、舒适、提高工效、保障飞行安全的目标。