● 摘要
飞机总体设计是飞机研制工作中最为重要的阶段，大部分重大决策都在总体设计阶段做出。这一阶段涉及诸多学科专业的综合与协调，需要全面考虑各方面的因素，对设计方案进行多轮的修改、分析和评估。随着电子计算机与信息技术的高速发展，数字化技术对飞机设计产生了巨大的促进作用。目前，各种计算机辅助设计（CAD）手段在飞机设计领域有着广泛的应用，在应用的过程中也产生了一些新的问题。为了将计算机辅助设计手段更好地运用在飞机总体设计过程中，进一步提高设计效率和质量，本文以民用飞机为主要研究对象，对基于参数化建模的飞机总体快速布置和在此基础上的重量特性评估、装载平衡分析以及初步结构分析等方面进行了研究，并在上述研究和前人相关成果的基础上形成了一套民用飞机总体综合设计原型系统，为利用数字化技术将更精确的计算分析方法应用于飞机设计初期提供了有效途径，此外本文还对考虑不确定性的设计优化技术在实际设计工作中的应用进行了初步的探讨。本文的研究具体包括以下几方面的内容。
参数化建模方法可以使建模工作简单、快捷，是飞机设计中快速建立飞机CAD模型的有效方法，现阶段关于飞机内部布置参数化建模的研究较少。本文对基于参数化建模的飞机总体快速布置技术进行了研究，提出了主承力结构的快速布置方法和基于参数化模型库的系统及单机设备快速布置方法，并基于原型系统进行了开发与实现。以此为基础，实现了方案设计阶段的飞机总体快速布置，并通过实例验证了方法的有效性。
在飞机设计初期，基于飞机三维模型的重量估算方法，由于缺乏设计细节，建立完整的CAD模型比较困难且周期较长，往往难以应用。本文将基于模型的飞机重量估算方法与本文提出的飞机总体快速布置方法结合，形成了一种基于参数化建模的重量特性估算方法，并应用此方法开发了重量特性计算工具，实现了民用飞机全机重量估算，在此基础上还实现了民用飞机的装载平衡分析。运用该方法可在设计初期就对设计方案进行较准确的重量估算，有利于对设计方案进行更准确、更全面的分析和评估。
为了在总体设计过程中更早的对结构因素进行考虑，本文提出了适合于概念设计阶段的初步结构分析的方法。在实现了主承力结构参数化设计与建模的基础上，对结构有限元模型自动生成、惯性载荷和气动载荷的自动计算、集成化结构有限元分析等方面进行了研究，形成了自动化的初步结构分析方法与流程，并在此基础上实现了考虑结构强度和刚度的结构重量优化。通过实例验证了方法的可行性和可靠性。
本文还通过梳理不确定性分析和优化的业务逻辑、实现方法及过程，得到了不确定性优化设计工作的一般过程及优化设计模型，在此基础上提出了不确定性优化设计软件平台的搭建方法，并使用此方法构建了针对飞机结构设计的不确定性优化设计软件平台，验证了该方法的有效性。该方法将不确定性分析、优化的理论方法与工程上常用的分析、优化软件工具相结合，有助于将不确定性优化设计技术应用于工程实践。