飛機的研製可分為五個階段:論證階段、方案階段、工程研製階段、設計定型階段、生產定型階段。
飛機最初的兩個階段:最主要的是給出飛機總體技術方案,即確定飛機佈局形式、總體設計參數、選定動力裝置和各主要系統方案及其主要設備以及機體結構用的主要材料和工藝分離界面;進而形成飛機的總體佈局圖、三面圖、結構受力系統、中心定位、性能、操作安定性計算,結構強度和剛度計算以及提出對各分系統的技術要求等。
而最初的兩個階段決定了飛機最終氣動佈局、結構的定型,決定著型號的成功與否。當然這離不開飛機總體設計常用到的專業軟件。
AdvancedAircraft Analysis(AAA)
美國DAR((Design, Analysis and Research))公司的飛機設計軟件。AAA軟件在全球範圍內超過55個國家成功應用,被世界範圍內的主要航空工程大學、飛機制造商、軍事組織廣泛使用。AAA包含飛機概念設計所有專業的設計能力,使用大量的經驗工程方法和數據,並且一直在更新進步:DAR一直持續不斷的在研究風洞實驗數據基礎上,更新AAA中所使用的方法。在建立三維外形的時候,需要調用Shark FX-AP軟件來建模,該軟件需要單獨購買。AAA生成的模型不能直接導入CATIA或者UG等工程軟件中,需要重新建模進入一下階段的設計工作。
AAA軟件目前基本已在我國所有飛機設計主機場所及航空院校普及。
Shark FX-AP
美國DAR公司專門為飛機設計而開發的三維建模軟件。軟件還可以讀取AAA文件中的幾何信息。軟件通過IGS、STEP、DXF、DWG格式與其他軟件交換數據,同時可直接與AUTOCAD、CATIA、PROE、Sketch進行數據交互。軟件具有一定的渲染能力。在飛機設計工作中,適合用於概念構思、概念展示、初步外形設計。
飛機設計怪才伯特-魯坦特別喜歡該軟件。
SharkCAD-AP和AAA
定義幾何後,您可以將完成的飛機從AAA導出到AeroPack作為3D模型,以查看或創建高質量的圖形。AeroPack導出曲線將定位並將樣條曲線的定義座標導出到文本文件中,只需點擊幾下。然後可以將這些座標複製到Excel中並直接導入到AAA中。
PIANO
英國Lissys公司開發的民機概念設計軟件,基於數據庫開展飛機設計工作。可運行於MAC OS和Windows操作系統。其優勢是民機數據非常全,可以作為重要的設計參考。直觀的界面,提高了速度和效率,保持了完整的穩定性,並使這一首要的飛機分析工具的力量可用於更廣泛的客戶和組織。可以獲得燃料消耗,環境排放(NOx,HC,CO,CO2),任何範圍和有效負載組合的阻力和性能特徵
OpenVSP
一個參數飛行器幾何工具。 OpenVSP允許用戶創建由通用工程參數定義的飛機的3D模型。 該模型可以處理成適合工程分析的格式。記住它是開源的哦。
RDS
美國CRC(Conceptual ResearchCorporation)開發的飛機概念設計軟件,具有優秀的三維造型設計能力, RDS可以進行飛行器概念設計、初步設計,包含總體、氣動、性能、重量、載荷、控制、動力、成本等功能。具有自己的圖形系統,設計和造型能力突出。
中國有些學校有老版本的RDS,新版本功能更強,國外用的多,國內用的少。國內用AAA的多。
CAVSIM(Conceptual airVehicle Simulation)
達索與波音合作開發,CAVSIM可以進行典型的飛行器概念設計,包含ACSYNT軟件方法知識,並進行優化,圖形界面集成UG。其圖形設計相對比較簡化,只適用於設計前期的工作。
ACSYNT
和AAA、RDS類似的概念設計工具,NASA比較推薦。通過檢查,修改和整合工程分析過程的飛機設計軟件,設計新的民用航空運輸更加容易。20世紀70年代,Ames研究中心開始大力改進概念設計過程。開發了一種軟件工具,為飛機制造商提供所需的信息,以便在早期設計階段快速準確地預測飛機的性能和成本,甚至是其產生的噪音。
到現在ACSYNT已經成為一流的概念級飛機設計工具,提供3D計算機輔助設計(CAD)環境以及詳細的分析功能。飛機概念可以在CAD界面中快速建模,然後使用一套代表空氣動力學,推進和任務性能參數的多學科模塊進行分析。ACSYNT已經成功應用於高速民用運輸配置,亞音速運輸和超音速戰鬥機。
通過Phoenix Integrated使用ACSYNT,設計師可以輸入部件的尺寸,並自動創建曲面
不過現在ACSYNT已經不銷售了
APP
美國DAR公司產品。Aircraft PerformanceProgram (APP)最早在1981年由ALR和RUAG聯合開發完成。做位一個飛行器的性能和初步設計分析程序,應用於戰鬥機、教練機和輕型飛機。今天,APP已經成為一個被廣泛認可的飛行器性能分析工具。它主要任務是實際和理論性能分析,概念開發和細節設計,競爭對手績效分析,飛行測試和認證支持,飛行手冊,表演和營銷手冊,大學和學術教學。
RAMSIS
Human Solutions開發的用於駕乘環境人機分析的高效工具。該軟件為分析人員提供了一個仿真的三維人體模型,來模擬駕乘人員的行為。它使分析人員在產品開發的初期、只有基本CAD數據的情況下,就可以進行全面的人機工程分析,以避免在開發階段後期的設計更改。
RAMSIS飛機是一種CAD人體模型,專為飛機的人體工程學分析而開發。應用範圍從駕駛艙和飛機乘客艙的人體工程學設計到虛擬現實環境中的預防和糾正維護模擬。
當然這些功能在CATIA上也能實現。RAMSIS是世界領先的CAD工具,用於車輛內飾和工作場所的人體工程學設計和分析,已被70%的汽車製造商使用。
PACELAB.APD
德國PACELAB研發,佈局設計能力比較單一,主要依靠已經預先在軟件內定義好的典型特徵部件搭建飛機。應用於民機的概念設計和初步設計,在座艙佈局這塊有很大優勢。目前中國商飛已經使用該軟件參與設計。
當然這些功能在CATIA上也能實現。RAMSIS是世界領先的CAD工具,用於車輛內飾和工作場所的人體工程學設計和分析,已被70%的汽車製造商使用。
PACELAB.APD
德國PACELAB研發,佈局設計能力比較單一,主要依靠已經預先在軟件內定義好的典型特徵部件搭建飛機。應用於民機的概念設計和初步設計,在座艙佈局這塊有很大優勢。目前中國商飛已經使用該軟件參與設計。
Pacelab APD為初步飛機設計中涉及的所有主要任務提供了基本構架模塊
CADS/OpenCADS
北航開發的飛機概念設計軟件,有自己獨立的圖形系統。具有幾何造型、氣動、動力特性、性能、重量、電磁散射等特性計算分析能力。CADS可藉助iSIGHT進行優化設計。OpenCADS在CADS上進行了改進和創新開發,側重於民機設計。兩個軟件被用在北航的飛機設計教學中。
同樣還有很多飛機設計軟件
XFOIL
XFOIL是亞音速隔離單段翼型的設計和分析的交互式程序。這是由麻省理工學院教授馬克·德雷拉(Mark Drela)撰寫的。
XFLR5Airfoil and Wing analysis tool
XFLR5使用XFOIL作為其計算內核,併為Windows操作系統添加了圖形用戶界面。你仍然需要XFOIL手冊找到你的方法。XFLR5還提供3D機翼設計功能,使用兩種不同的計算方式。類似於MIAReX(下面進一步描述)使用內置的XFOIL內核來確定局部翼段屬性。強烈推薦!
TORNADOVortex Lattice Method
在MATLAB中實現的渦旋格子法(VLM)。該代碼適用於線性氣動翼設計應用,概念飛機設計或航空教育。除了別的以外,它可以做好計算和顯示Treffz平面速度矢量場的好東西。已知的CessnaC-172數據用於再次驗證其他代碼,如AVL,VIRGIT和CMARC。
AVL– Athena Vortice Lattice Method
Mark Drela教授和Harald Youngren教授的另一個設計方案。AVL是通過提供空氣動力學分析,修剪計算和動態穩定性分析等來支持飛機配置開發的擴展旋渦點陣法(VLM)軟件。
MIAReX
根據James C. Sivells和Robert H. Neely在NACA TN-1269(1947)中研製的公式,計算Xfoil和多翼型翼的計算方法。基本上,它需要2D翼段數據並整合跨跨越的各種2D截面屬性來達到“半3D”解決方案。
Elmer
Elmer是用於多物理問題(FEA / FEM / CFD)的開源計算工具。它是與芬蘭大學,研究實驗室和行業合作開發的。Elmer包括流體動力學,結構力學,電磁學,傳熱和聲學的物理模型。
CalculiX
自由軟件三維結構有限元程序。
使用CalculiX有限元模型可以進行構建,計算和後處理。前處理器和後處理器是使用OpenGL API的交互式3D工具。求解器能夠進行線性和非線性計算。靜態,動態和熱解決方案可用。這兩個程序可以獨立使用。
CEASIOM
CEASIOM應用程序是一個免費的概念飛機設計工具。它是在SimSAC(用於概念設計的模擬飛機穩定和控制特徵)框架內開發的,具體目標研究項目(STREP)被歐盟委員會第六次研究,技術開發和示範框架計劃批准供資。
還有更多飛機設計小軟件:
http://www.dept.aoe.vt.edu/~mason/Mason_f/MRsoft.html#Nicolai