陈家旺，徐惠民，肖天航
(南京航空航天大学航空学院，江苏 南京〓210016)
摘要：基于工程科学数据库（ESDU）工程理论方法，研究并建立了大型客机气动特性估算的理论方法数据库，设计开发了用于估算大型客机气动特性的工程软件。以模型DLR-F6、CRM和JSM为对象对软件进行测试，并对实验结果进行了对比验证，结果表明该软件估算误差在可接受范围之内，可显著降低计算成本。
关键词：大型客机；气动特性；气动估算；软件开发
中图分类号：V211.3〓〓〓文献标识码：A〓〓〓文章编号：2095-509X(2022)01-0057-05

大飞机研制是一项复杂的系统工程。在飞机概念设计和初步设计的总体设计阶段，气动分析是一个非常重要的环节，在此阶段往往有许多构型需要分析，而通过风洞试验和计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）技术获取飞机气动力参数虽然有很高的精度，但由于其工作量大、耗费时间长，跟不上概念设计和初步设计的节奏，难以满足初步设计阶段需要快速得到结果的要求，因此迫切需要一种精度满足需要、快速、高效的气动特性估算方法，用于对方案进行初步分析、评估，并为方案的改进提供依据。
基于理论和统计的半经验方法可以快速、高效地估算飞机气动特性，虽然精度低于CFD结果，但能基本满足概念设计和初步设计的需求。由于在过去的60多年里常规布局飞机的机翼、机身和操作面的布置没有太大变化，因此在此期间飞机的实验数据和总结的经验、结论对现在的飞机设计工作仍具有重要指导意义。近年来，一些学者在气动快速估算方面开展了一些工作，例如马星炜等［1］根据飞机设计手册中的方法开发了用于估算民用客机气动力的估算软件，Faure等［2］利用改进离散涡旋法快速预测翼型非定常气动力。
工程科学数据库（engineering sciences data unit，ESDU）提供的数据库是当前最精确的、与时俱进的、内容全面广泛的工学数据集，该数据集的第一部分Aerodynamics Series系列文档包含各种飞机的大量实验数据以及由此推导构建的经验公式和图表，都经过该领域的专家验证过，这种半经验的计算结果与试验结果较为接近，非常适用于飞机气动特性的工程估算。 
然而ESDU文档的理论方法繁杂，又比较分散，其使用主要还是依赖人工查找相关文献、人工读取图表和计算，这种繁琐的工作大大限制了飞机研制的效率，所以系统性地梳理ESDU理论方法内部的逻辑关系，形成气动估算方法体系，并以此开发一种依据半经验方法快速估算飞机气动特性的工程软件很有必要。为了满足工程需求，本文基于对ESDU中Aerodynamics Series系列文档理论方法的研究，总结出大型客机气动特性理论数据库，建立软件框架，设计并开发了用于快速估算大型客机气动特性的工程软件工具。

1〓气动估算理论方法研究
由于Aerodynamics Series系列文献资料较多，因此本文以翼型为切入点，研究从翼型到机翼再到翼身组合体、从干净构型到增升构型以及从基本气动特性到舵面气动特性再到稳定性等特性的气动特性估算过程，总结出了一套完整的、系统的大型客机气动特性快速估算理论方法。
研究梳理出的ESDU Aerodyanmics Series气动估算方法和思路如图1所示。由于气动估算方法中的计算式及其参数都非常多，不便一一给出，这里只介绍其总体思路：首先估算飞机基本气动特性，包括升力、阻力和力矩特性，然后以此为基础来

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作者简介：陈家旺（1995—），男，硕士研究生，主要研究方向为飞行器总体气动设计