● 摘要
支撑翼布局（strut-braced wing，SBW）是指在机翼下方安装支撑梁的特殊的布局构型。支撑翼飞机相对于传统的悬臂梁翼飞机，由于支撑梁的作用，使得可以拥有更大的展弦比，更薄的机翼厚度，更小的后掠角。因此，可以有效的减小诱导阻力，飞机跨声速的波阻，以及摩阻，对于提高飞机的升阻比设计具有很高的实用价值。并且支撑梁能够有效的减小气动载荷对机翼造成的弯矩，缓解机翼根部承载，有利于减轻机翼的结构重量。近年来，支撑翼构型的概念已经被引入到大型干线民机的设计领域中来。本文针对支撑翼构型的民机做了多学科优化设计.把与航空公司直接采购成本和间接运营成本密切相关的起飞总重作为优化目标函数，将描述飞机外形的几何变量作为设计变量，考虑升阻比、航程、最大升力系数、燃油容积的约束，对常规的悬臂梁翼和支撑翼构型在气动、结构、性能学科方面进行了分析计算，在此基础上进行了优化设计，对优化结果做了对比分析。并通过波音737-100的实验值进行了悬臂梁翼构型分析的校核，通过维吉尼亚大学(Virginia Polytechnic Institute，VPI)的多学科分析和设计（Multidisciplinary Analysis and Design，MAD）中心的算例完成了支撑翼构型分析程序的校核，验证了计算方法的正确性。在设计分析中考虑概念设计时的效率问题，采取了速度较快的涡格法以及工程经验估算的方法，为反映弯矩重量对结构重量的影响，采用了双板翼盒结构进行了分析。采用了遗传算法作为优化器进行全局搜索。本文研究结果显示，支撑翼构型的大型民机比常规的悬臂梁翼飞机具有较为明显的优势，论证了支撑翼构型的概念应用到大型民机设计领域中的可行性，本文的设计方法和程序可以对民机的新概念构型的设计提供有效的参考。