Advanced Aircraft Design: Conceptual Design, Technology and Optimization of Subsonic Civil Airplanes

اگرچه ظاهر کلی هواپیماهای مسافربری مدرن از زمان معرفی هواپیماهای جت در دهه 1950 تغییر زیادی نکرده است، اما ایمنی، کارایی و سازگاری با محیط زیست آنها به طور قابل توجهی بهبود یافته است. مشارکت کنندگان اصلی در این امر، فناوری موتور توربین گاز، مواد پیشرفته، آیرودینامیک محاسباتی، تجزیه و تحلیل ساختاری پیشرفته و سیستم های روی برد بوده است. از آنجایی که طراحی هواپیما به یک فعالیت بسیار چند رشته ای تبدیل شد، توسعه بهینه سازی چند رشته ای (MDO) به یک رشته جدید محبوب تبدیل شده است. با وجود این، استفاده از MDO در مرحله طراحی مفهومی هنوز گسترده نشده است.

طراحی هواپیمای پیشرفته: طراحی مفهومی، تجزیه و تحلیل و بهینه‌سازی هواپیماهای زیرصوت غیرصوتی یک شبه تحلیلی ارائه می‌کند. رویکرد بهینه سازی بر اساس مجموعه ای مختصر از معادلات اندازه. اهداف عبارتند از راندمان آیرودینامیکی، سوخت ماموریت، وزن خالی و حداکثر وزن برخاست. متغیرهای طراحی مستقل مورد مطالعه عبارتند از ارتفاع کروز طراحی، مساحت بال و دهانه و رانش یا بارگذاری قدرت. ویژگی‌های اصلی مفاهیم یکپارچه مانند بال و بدنه ترکیبی و بال‌های بسیار غیرمسطح نیز پوشش داده شده است.

رویکرد شبه تحلیلی طراحان را قادر می‌سازد تا نتایج بهینه‌سازی MDO با وفاداری بالا را با روش‌های با وفاداری پایین‌تر که به تلاش محاسباتی بسیار کمتری نیاز دارند، مقایسه کنند. مزیت دیگر این رویکرد این است که می‌تواند به سؤالات «چه می‌شد» به سرعت و با هزینه محاسباتی کم پاسخ دهد.

ویژگی‌های کلیدی:

• یک دیدگاه بنیادی جدید در مورد ارائه می‌کند. بهینه‌سازی مفهومی طراحی هواپیما
• نمای کلی از فن‌آوری‌های پیشرفته برای رانش و کاهش کشش آیرودینامیکی ارائه می‌دهد
• بینشی در مورد استخراج اطلاعات حساسیت طراحی ارائه می‌دهد
• بر طراحی بر اساس تأکید می‌کند. اصول اولیه
• مزایا و معایب پیکربندی‌های نوآورانه را در نظر می‌گیرد
• عملکرد بهینه کروز در اعداد ماخ فراصوتی را بررسی می‌کند

طراحی هواپیمای پیشرفته: مفهومی طراحی، تجزیه و تحلیل و بهینه‌سازی هواپیماهای زیرصوت غیرنظامیدرک بهینه‌سازی اولیه هواپیماهای غیرنظامی را ارتقا می‌دهد و یک مرجع ضروری برای دانشجویان مهندسی هوافضا، محققان کاربردی، مهندسین طراحی هواپیما و تحلیل‌گران است.

Although the overall appearance of modern airliners has not changed a lot since the introduction of jetliners in the 1950s, their safety, efficiency and environmental friendliness have improved considerably. Main contributors to this have been gas turbine engine technology, advanced materials, computational aerodynamics, advanced structural analysis and on-board systems. Since aircraft design became a highly multidisciplinary activity, the development of multidisciplinary optimization (MDO) has become a popular new discipline. Despite this, the application of MDO during the conceptual design phase is not yet widespread.

Advanced Aircraft Design: Conceptual Design, Analysis and Optimization of Subsonic Civil Airplanes presents a quasi-analytical optimization approach based on a concise set of sizing equations. Objectives are aerodynamic efficiency, mission fuel, empty weight and maximum takeoff weight. Independent design variables studied include design cruise altitude, wing area and span and thrust or power loading. Principal  features of integrated concepts such as the blended wing and body and highly non-planar wings are also covered. 

The quasi-analytical approach enables designers to compare the results of high-fidelity MDO optimization with lower-fidelity methods which need far less computational effort. Another advantage to this approach is that it can provide answers to “what if” questions rapidly and with little computational cost.

Key features:

• Presents a new fundamental vision on conceptual airplane design optimization
• Provides an overview of advanced technologies for propulsion and reducing aerodynamic drag
• Offers insight into the derivation of design sensitivity information
• Emphasizes design based on first principles
• Considers pros and cons  of innovative configurations
• Reconsiders optimum cruise performance at transonic Mach numbers

Advanced Aircraft Design: Conceptual Design, Analysis and Optimization of Subsonic Civil Airplanes advances understanding of the initial optimization of civil airplanes and is a must-have reference for aerospace engineering students, applied researchers, aircraft design engineers and analysts.