飛機概念設計是根據飛機的使用技術要求、經費、周期等，對氣動外形布局、性能、重量、動力、操縱、機體主要結構形式等進行初步和方向性的探討，擬訂新飛機的可能技術方案。概念設計中，設計者的經驗和判斷起重要作用，往往借鑑現有飛機，採用經驗或半經驗的分析方法。
基本介紹
- 中文名：飛機概念設計
- 外文名：Aircraft Conceptual
- 設計方法：任務剖面法等
- 設計內容：氣動布局初步設計等
- 所屬領域：航空航天
- 定義：針對需求的最初始設計
特點,目的,設計方法,內容及論證,
特點
方案沒計過程首先是“概念設計研究”。在這一階段，仔細推敲傳統構型與新穎構型，確定在技術上可行和商業上有生存力的飛機布局。在該階段初期，如飛機的總體幾何布局、發動機(型號、數量和位置)、內部座艙布置、系統和操縱、製造方法和材料、採用先進技術的水平程度以及綜合使用程式等，都要選擇確定。在時間允許的情況下，對每一項選擇都要儘可能詳細地進行分析。還要對新穎的概念和技術進行分析研究，以便定量地確定它們對飛機設計方案所產生的有利影響。在有些研究領域，無法以合理的精度定量地分析這種有利的影響，這時就需要明智的推斷。
在概念設計階段，各方面設計所得到的數據量相對有限，人力投入也相對較少。研究的結果是各種概念的可行性信息和最有希望布局的尺寸估算。在這一階段進行詳細分析是不可能的，也沒有多大意義，因為大多數方案將被淘汰。對於傳統布局和現有飛機的改型，以前的設計方案(和競爭飛機)的經驗可以提供非常近似的估算。如果是全新布局，則傳統設計中所發展的有效方法只能給出粗略的估計，必須發展新的評估模型。在整個方案設計過程中，所有的分析模型都要不斷地改進和細化，以儘量減少採用新布局和新技術的技術風險和商業風險。
目的
概念設計的目的是對飛機的氣動布局、性能、重量水平、航空電子、所需新技術、費用和市場前景等方面進行初步和方向性的探討。概念設計階段主要依據需求定義階段確定的基本技術要求和主要性能指標，基於現有的技術條件和資源進行概念設計，通常與設計要求階段有重疊。通過概念設計來使設計要求制訂得更為合理和具體化，概念設計中還要對設計要求中各項目的指標進行分析，適當降低那些對性能影響不大，但可能降低技術風險和發展費用的設計要求，並有可能提出一套合理組合的設計要求。概念設計中設計師的經驗和判斷力起重要作用，往往採用經驗或半經驗的分析方法。
概念設計階段的人為因素關注的內容主要是對飛機概念設計的人因評估。通常通過對用戶飛行員的主觀調查獲取飛機設計理念巨觀需求信息，以及概念設計力案與設計理念的匹配程度。
設計方法
概念設計是針對需求的最初始設計。該階段主要採用的方法有任務剖面法(mission profile)、功能流程圖法、決策/動作分析。
任務剖面法
任務剖面是指產品在完成規定任務的時間段內所經歷的事件和環境的時序描述。任務剖面法就是根據飛機預期的運營環境對典型的場景巾特定狀態點對飛機狀態的描述。國外的研製經驗說明，任務剖面應儘早繪製，以便於對系統功能的分析，通過任務剖面圖可以對飛行任務進行具體描述，從而初步確定系統的操作要求。
功能流程圖
功能流程圖是用於決定系統需求的常用分析方法，它可以提供所有的系統需求的詳細要點。功能流程圖從系統總體開始不斷細化，從對系統的功能要求逐漸細化到具體的操作者層面，但在高層次的流程圖構建時，並不區分功能實現是由操作者或系統軟硬體完成。這主要是為了下一步進行功能分配時便於進行調整。
功能是系統所必須完成的內容．所有的功能都可以分解或劃分成更細的功能。駕駛艙是一個複雜系統，因此需要通過多個層次對系統功能進行描述。建立好功能流程圖後通過對其功能及子功能的分析與評估判斷系統對需求的滿足程度，同時也可以對可能的操作者界面要求、能力、所需的特殊條件、潛在問題及可能的解決途徑等做出早期評估。
制訂功能流程圖時應注意以下特徵：
(1)功能流程圖的框圖中應包括動詞和名詞，明確功能執行方式和操作對象。
(2)功能路程的每個擴展層次應該包括更多更詳細的信息，通常至少為3個層次。
(3)從功能起點開始以一種能夠反映功能連貫性的功能邏輯分解的方式編號。
(4)編制功能流程圖應能夠讓設計者容易找到輸入，並沿著框圖流程找到輸出。
決策/動作分析
決策動作分析是根據操作和決策來表現所需的系統數據的流程。決策動作圖也採用分層次的形式，最初的決策動作圖僅與總體功能有關，而與是否由操作者、系統軟硬體或者他們的組合來完成無關。
決策或行動圖在較詳細的層次上也可與一些特殊的符號一起使用來表示人和機器的配置(例如單線表示手動。雙線表示自動等)。實際套用時要考慮下面有關問題。
(1)決策或行動圖與功能流程圖非常相似，所以通常不需要同時使用這兩種方法。這兩種方法的最重要的區別是決策或行動圖比功能流程圖增加了決策框(菱形框)。如果程式是有向軟體．一般使用決策或行動圖。
(2)在記錄滿足特定系統功能的操作和決策過程方面，決策或行動圖和電腦程式員所使用的流程圖相類似。它們都是基於二元選擇決策和干預操作。在決策或行動圖中套用二元決策有兩個重要原因：其一是通過使用簡單而又通用的慣例來促進交流；其二是系統的計算機部分很容易把決策或行動圖翻澤為邏輯流程圖。
(3)一般水平決策可以分解為幾個更為詳細的水平：
一般水平：任何目標都需要識別過程嗎?
具體水平：任何新出現的目標都需要識別過程嗎?
任何目標的軌跡都需要用試探性的識別來確認嗎?
任何確認性識別都需要再核對嗎?
(4)每一個具體的決策都會有一個或幾個具體的操作與之相連。同樣，一個一般水平的操作也可再分解為幾個更為具體的決策和操作。
(5)決策動作圖一般沒有對人和機器之間進行功能分配。在這個水平上，該圖普遍套用於幾種檢測和跟蹤系統決策以及操作。這種流程圖的缺陷是會誘導分析人員去考慮一些別的實施方案．影響決策和操作的進一步進行。例如：如何把給定的信號和系統中已知的目標進行比較?如何給可能的目標做上標記，使它們在再次出現時容易識別。
(6)信息是產生決策或行動圖所必須的，它來自任務剖面和任務概要。更為詳細的低層次的決策或行動圖，可能直接來自於高一級的流程圖和分系統設計組所提供的設備的詳細特徵。
制訂決策或行動圖的程式和功能流程圖的程式一樣。它們通過把所有的與系統以及分系統(取決於詳細水平)有關的功能和決策排序來實現決策或行動圖的構成。每個功能由一個動詞和名詞組合，有時還有形容詞或其他修飾語。每個功能短語相對較短。用一個方框表示，每個決策功能由一個菱形框圖表示，以二元的是否方式來回答問題。功能活動方框及決策菱形框和功能流程圖一樣要給一個編號，以確保它的可查找性。決策菱形框可以用實線或虛線分別表示決策功能或共用的決策功能。
內容及論證
總體設計部門在飛機總體方案概念設計和可行性論證中的工作應包括：
①氣動布局初步設計；
②總體初步方案設計；
③性能初步計算和論證；
④全機重量、重心轉動慣量初步估算；
⑤載荷計算頂層設計；
⑥飛機外形及隱身初步設計和論證；
⑦飛機進排氣方案初步設計。
氣動布局初步設計
(1)依據飛機戰術技術指標要求開展氣動布局初步設計
①深人分析飛機戰術技術指標要求等設計要求，在選擇飛機總體參數的同時，明確飛機氣動布局設計任務與目標，以滿足飛機飛行性能和隱身的要求；
②初步提出若干待選方案的氣動布局參數、定義全機基本狀態(帶或不帶懸掛物)的氣動布局；
③計算全機基本狀態氣動力焦點，依據縱向靜穩定性的設計要求，分析和檢查氣動力焦點和重心後極限是否匹配，否則應視情調整布局參數；
④通過幾個待選布局方案全機氣動特性的計算、分析和比較，選出氣動特性較好的若干個候選布局方案；
⑤對候選布局方案進行布局參數最佳化與一體化綜合設計的計算分析，適當調整、最佳化布局參數；
⑥對若干候選方案布局氣動特性進行綜合分析和論證，依據論證結果，從氣動布局角度提出對戰術技術指標的修改意見；
⑦編寫氣動布局初步設計報告和匯報與評審用的技術資料，參加方案諮詢與設計評審工作；
⑧設計、加工若干候選布局方案的示意模型，用於匯報展示。
(2)氣動布局初步設計的具體工作內容與要求
①氣動布局形式初步選擇
依據飛機戰術技術指標要求，確定可基本滿足任務需求的一種或數種布局形式，給出對布局形式的評估意見。
a．分析飛機戰術技術指標要求，確定氣動力設計目標；
b．分析飛機幾種典型布局形式(例如正常式、遠距鴨式、短間距鴨式、三翼面、無尾式或飛翼式等)的主要優缺點，以及對氣動特性及其他相關設計要求的影響；
c．初步選定若干種可能滿足氣動力設計目標的布局形式作為開展氣動布局設計工作的基礎；
d．在氣動布局初步設計確定的全機布局參數和全機氣動力數值計算的基礎上，進行初步的氣動力分析和比較，擇優選定一種或數種氣動布局形式，並給出相應的評估意見。
②翼面參數初步選擇
分析明確翼面參數對性能趨勢性的影響規律和飛機的氣動力設計目標，初步選擇與評估各候選方案翼面參數。
③機身外形和參數初步選擇
分析和評估機身氣動力參數，配合相關專業開展機身外形(包含進排氣裝置)設計，並對機身外形疊代進行氣動力分析和評估。
總體初步方案設計
依據飛機戰術技術要求，總體專業會同有關專業進行飛機的系統配套論證、飛機總體方案構想的初步布置協調和設計，編制可行性論證階段飛機總體檔案。
論證、協調和提出滿足飛機戰術技術和使用要求的飛機系統設備配套方案。
(1)發動機選型論證
①分析飛機戰術技術要求對發動機的要求，協調確定發動機的選型原則；
②研究和分析國內外發動機的技術發展現狀，收集國內外有關發動機的技術資料，進行對比分析；
③根據選型原則列出備選的發動機；
④分析和比較備選發動機的性能、可靠性、維修性、壽命、經濟性，以及在飛機上布置、安裝的可行性等，綜合權衡優選能夠穩定供應、性價比高、推重比大、壽命長、工作可靠、潑辣性好、易維護的發動機作為初步確定的發動機型號；
⑤初步協調發動機推力、重量和輪廓外形。
(2)輔助/應急動力裝置選型論證
①分析飛機戰術技術要求對輔助/應急動力裝置的要求，協調確定輔助/應急動力裝置的選型原則；
②研究和分析國內外輔助/應急動力裝置的發展現狀，收集整理國內外輔助/應急動力裝置資料；
③根據選型原則確定初步人選的輔助/應急動力裝置。
