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1、在飞机设计领域，Advanced Aircraft Analysis提供了全面的、面向工程实际的设计技术。本文将详细介绍 这款软件的特点、应用范围以及设计效果。利用Advanced Aircraft Analysis软件 进行飞机设计中仿科技有限公司刘甲 蒙茂洲一、概述Advanced Aircraft Analysis（AAA） 软件是一款面向于高级用户的飞机设计 和仿真分析软件，目前广泛应用于数十 个国家的各种机构，已然成为飞机设 计、开发、稳定性分析以及飞行控制 的工业标准软件。美国飞机设计大师 Dr. Jan Roskam创立的DAR公司开发的 AAA软件，适用于FAR23、FAR25
2、和UAV无 人驾驶飞机及Military规范，为全球飞 机公司（如波音公司）、政府部门（如 FAA）以及学校提供了包括飞机初步设 计、分析和3D绘图的一套完整飞行器 总体设计软件工具。DAR公司成立于1991年，由Dr. Jan Roskam和Dr. Willem Anemaat建立，现 在已经是世界级的航空工程及原型设 计公司，尤其专注于飞机设计和顾问服 务，主要业务涉及：飞行器的数值模拟 仿真；风洞、水洞的测试及分析；载荷 分析、细部结构分析；原型机的飞行测 试及地面测试。data）计算出飞机的推力；计算引擎进气口和出口的大小、压力的变化和 阻力。(6)Stability & Contro
3、l（稳定与控 制）：估算所有稳定性与控制性的导数（derivatives）；由设计要求的稳定与 控制特性，推算所需的控制翼面与制动 力距的大小。(7)Dynamics（动力）：分析飞机 的Open Loop与Closed Loop的控制系统 动力特性。(8)Loads（结构负载）：绘制控 制系统的Bode与Root-Locus图；分析 Load Factor与速度的关系，绘制符合 FAR 23、FAR25和MIL-A8861（ASG） 的V-n图；计算飞机各部位的负载（受 力），以供结构分析。(9)Structures（结构）：由结构 采用的材料与受力情形，估算结构分 部的重量。(10)Cos
4、t（成本）：估算飞机设计 案的各项成本，包括研发、设计、制 造和原型机。3.AAA3D CAD绘图软件A A A 飞 机 3 D 绘 图 软 件 是 以 欧 美知名工业设计绘图软件Concept Unlimited（CU）为核心，经DAR公 司 开 发 并 加 入 了 飞 机 绘 图 工 具 AeroPack（AP）而成。AeroPack飞机 绘图功能组是由美国DARcorporation理论。使用者参照软件中的指引，即可逐一计算完成飞机设计所需的每一项数 据，同时可得知该数据的计算公式、理 论说明以及参考书籍出处。2.AAA软件的具体设计功能AAA软件的设计功能包括以下几 个方面。(1)We
5、ight（重量）：飞行任务中各 阶段飞机重量、燃油量；计算各部位重 量、重心位置及力距；起飞重量对气动 力与推进力等的敏感度。(2)Aerodynamics（空气动力）：分 析飞机所需控制翼面的大小及种类；绘 制各种升力、阻力、速度及控制翼面等 关系图；依据法规或任务需求的性能条 件（如起飞跑道长度），计算出飞机必 备的参数（如最小推力）。(3)Performance（性能）：由已知 的飞机参数（如推力与升力），计算 出飞机的各项性能（如起飞速度、爬升 率等）；决定飞机机身、机翼、水平尾 翼、垂直尾翼和控制翼面的几何形状大 小，并计算相关飞机的参数（如几何中 心），同时依据结果立即修正空气动力
6、 等其他相关参数。(4)Geometry（几何绘图）：绘制 上述2D飞机几何图；AAA有专业配套的 飞机3D绘图软件AeroPack-Ashlar。(5)Propulsion（推进）：由引擎与 螺旋桨制造商的推力数据（uninstalled二、Advanced Aircraft Analysis软件的详细介绍1.理论基础计算理论出自Dr. Roskam与蓝川滔 教授所著的12本飞机设计书籍，其中 前8册是参考美国飞机设计标准以及Dr. Roskam数十年来飞机设计经验而得出的SoftWare件。某飞机制造公司使用AAA软件设计55CAD/CAM与制造业信息化2008年第10期图1 AAA软件界
7、面S软件世界公司研发的，包含了十多项专门用于 中的root chord、intermediate chord 件的飞机几何数据文件“.geo”，可 飞机设计的绘图功能，并可将AAA飞 和tip chord）。 瞬间绘制出飞机主要部位的3D图， 机设计软件中的相关飞机外形的数据 (2)绘制机身、引擎和导风道 包括fuselage、wing with control （geometric data）直接读入到CU软件 （fuselage, nacelle & ducts）。 surfaces、horizontal tail with control 中并立即呈现所设计飞机的3D视图， Polyco
8、nic Surfaces：绘制各飞 surfaces、carnard with control 再利用AAA的各项功能进行细部绘图， 机中连续曲面的部分，并处理曲面的 surface、nacelle、tailbooms和stores， 如图1所示。 相切和接合。 如图2所示。4.AeroPack飞机绘图功能组Space Spline：用两条曲线直接 AeroPack飞机绘图工具组包含以下绘制其在空间中的交割线。11 种独特的功能。(3)计算有关飞机的几何特性（长 (1)绘制机翼（airfoil & wing）。度、面积、体积、曲线长及遮蔽图)。Create Airfoil：由NACA方程式 P
9、reimeter Curve：计算并绘制 或图点档案直接绘出airfoil。软件包 出周长曲线，以供分析表面的wetted 含超过1000个NACA airfoil数据库，直 area。飞机的周长曲线斜率（wetted 接输入4码、5码或6码NACA代号，即可 areas）若遇到急升或急降，都会显示有 自动绘出标准airfoil。 不理想的表面特性（如阻力较大）。 W i n g P l a n f o r m ： Area/CG Curve：计算并绘制出飞 绘 制 飞 机 各 升 力 翼 面 （ 如 机各部位的剖面积机分线和重心线，以 wing、stabilizer、elevator、rud
10、der 便计算容积和分析阻力。和flap等），可在定义span、rootSum Curve：将数个area curves chord、tip chord、sweep、aspect 加总计算，并绘制总合曲线。 ratio、taper ratio和surface area等Obscuration Plot：绘制飞行 不同组合的数据之后，瞬间自动绘出员、雷达天线以及感应讯号器等视野3D翼面。 （field of view）。MGC：绘制Mean Geometry Cure Integration：对曲线进行 Chord（MGC），可直接点选一个 积分，以计算面积或容积。straight tapere
11、d surface中的root (4)输入AAA几何数据。 5.AAA飞机综合设计书籍系列 chord和tip chord（或cranked surface Import Airplane：输入AAA软 Dr. Jan Roskam所著作的12本有关飞机设计、飞行动力学、空气动力学 和飞机性能的书籍内容共4,800页，是 一套完整详尽、系统化的飞机设计教 科书和参考书，也是历年来国内外院 校航空工程学系经常采用的教科书， 是飞机设计师重要的参考书。这12本 书籍融合成为一套全球销售将近十年的 AAA飞机设计分析软件。其中，Airplane Aerodynamics & Performance（
12、飞机 空气动力学与性能）是与蓝川滔教授 Dr.Chuan-Tau Edward Lan合著的，主要 用于进行飞行器结构的设计分析。三、实际应用目前，全球超过200个主要飞机制 造公司、政府航天部门和院校航天系 采用了AAA软件和DAR飞机设计分析软图2 AAA软件绘制的3D图软件世界SSoftWare的飞机，如图3所示。图3 设计成果四、总结过去，飞机公司需要花费数月才能 整合各部门完成一架新飞机的初步设计 方案，现在使用AAA软件只需几天就可 以快速获得完整的飞机性能、飞行控制 特性的数据和3D图。以往，学生一学期 最多能完成一架飞机的设计数据，现在 则可以同时进行单引擎小飞机、中型商 务客机、大型民航机及军用飞机等设计 分析和3D绘图。近年来，美国、日本等国家相继 选用AAA，用于模拟训练机的设计和飞 行安全分析，也充分证明了AAA软件的 优越性。56
