飞行器总体设计是一个反复迭代，多学科综合平衡的设计过程。首先在气动设计方面从翼型、机翼、尾翼、机身和发动机等构型气动载荷分析，实现商用飞机一体化的载荷分析。其次通过结构学科完成商用飞机的结构设计。通过飞行力学分析商用飞机飞行任务的飞行品质。进一步，应用基于多学科的智能设计方法对商用飞机开展全机的概念设计。飞机的设计外形以及飞行剖面可在仿真模块进行实时三维仿真。

知识点：共9个

（1）商用飞机设计概念：

商用飞机设计是指设计人员应用气动、结构、动力、材料、工艺等学科知识通过分析综合和创造思维，将设计要求转化为一组能完整描述商用飞机的参数的过程。

（2）商用飞机概念设计流程：

1.确定气动布局与构型

2.确定主要参数

3.选择发动机和机载设备

4.确定部件主要几何参数

5.飞行性能和操稳性估算

6.方案评估

7.总体参数优化

8.绘制三面草图

（3）气动布局与构型的选择：

熟知各类用途商用飞机的布局形式，了解不同布局的利弊和特点。根据商用飞机的用途要求选择商用飞机构型。

（4）主要参数的确定：

根据设计要求中的飞行性能要求，采用界限线法或对比分析法确定翼载荷和推重比。根据飞行任务剖面图计算商用飞机正常起飞重量、空机重量和燃油重量。

（5）发动机的选择：

掌握活塞式螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机等各类发动机的优缺点以及应用范围。

根据最大升限以及最大速度要求选取发动机类型。根据所需功率进一步选定发动机型号，并确定安装位置。

（6）基于人工智能的机翼设计：

采用神经网络等基于人工智能的机器学习模型作为流场计算的代理模型,能够减少翼型优化过程的计算量和计算时间.采用参数化方法,对翼型进行参数化,在限定的范围内随机生成翼型样本,应用样本的气动参数对代理模型进行训练,用训练后精度达到要求的模型作为翼型流场数值计算的代理模型.采用单目标的智能优化算法,将翼型升阻比作为优化目标,将翼型参数作为决策变量,对标准翼型进行智能优化。

（7）操稳性估算：

掌握应用软件对整机的升力、诱导阻力、摩擦阻力、纵向/横侧向静、动气动导数等参数的估算方法。

（8）基于智能优化算法的总体参数优化：

采用智能优化算法对商用飞机起飞重量、有效载荷、航程、油耗等参数进行寻优。

（9）飞行仿真：

对商用飞机任务剖面进行仿真包括：起飞－爬升－巡航－待机－下降－着陆阶段。

实验方法描述：

该实验应用先进的基于人工智能的设计方法实现了对商用飞机概念设计全过程的仿真，其中包括气动布局与构型的确定、主要参数的确定、发动机的选型、部件主要几何参数的设计、飞行性能、操稳性的估算、总体参数优化等功能。利用概念设计数据可生成三维动态飞行效果图像。从商用飞机概念设计到初步设计，使学生了解商用飞机设计过程的每个环节和各个学科在商用飞机设计中所占据的地位和作用，并通过设计样例虚拟物理现实呈现设计过程的完成。该项目具有仿真效果好，针对性强，易于普及等特点。

学生交互性操作步骤说明：

1.登录商用飞机总体设计客户端，查看老师布置的总体设计作业；

2.在客户端，启动商业飞机总体概念设计环境，根据设计作业选择商用飞机基础构型；

3.客户端软件从后台数据库自动加载对应的商飞飞机原始构型；

4.完成商用飞机的三大参数设计，确定飞机构型原始参数；

5.调用翼型智能设计模块完成典型截面位置处的翼型设计。根据机翼的弯扭分布、展弦比、根梢比、后掠角和机翼面积等参数确定机翼外形。机翼内部容积应能装进所要求的燃油(在不同的油箱内)、起落架(如果收进机翼型面内)和高升力装置及其他控制部件。进一步基于安全和最小的重量准则，完成机翼结构的设计。

6.从外形数据库选定机身、尾翼等外形参数，完成商用飞机整机外形设计，客户端软件自动驱动Catia软件自动完成商用飞机外形的建模；

7.基于设计完成的飞机外形，调用气动估算程序，完成机翼气动特性分析，并展示气动分析云图；

8.根据气动分析结果，提取飞机气动数据，包括升阻比、气动中心、阻力、升力和力矩等，并以曲线图输出；

9.针对不同飞行任务，开展燃油计算模拟和商用飞机重心的估算。

10.根据飞机气动、重量特性，完成燃油及航程的计算，并以曲线图进行展示。

11.飞机总体设计完成，输出设计报告，提交设计作业；

12.老师完成打分之后，学生登录客户端查看作业评分；

商用飞机总体设计虚拟仿真实验对本科生的考核要求、考核形式均以开放式大作业的形式表现。对本科生而言，要求掌握的知识点包括：1.了解商用飞机设计概念，掌握总体设计虚拟仿真实验的基本原理和操作步骤；2.熟悉商用飞机概念设计流程3.掌握气动布局与构型的选择方法。熟知各类用途商用飞机的布局形式，了解不同布局的利弊和特点。根据商用飞机的用途要求选择商用飞机构型。3.学会商用飞机的主要参数确定方法。根据设计要求中的飞行性能要求，采用界限线法或对比分析法确定翼载荷和推重比。根据飞行任务剖面图计算商用飞机正常起飞重量、空机重量和燃油重量。4.掌握活塞式螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机等各类发动机的优缺点以及应用范围。根据最大升限以及最大速度要求选取发动机类型。根据所需功率进一步选定发动机型号，并确定安装位置。5.掌握基于人工智能的机翼设计方法。可熟练应用软件内置的智能优化算法,以翼型升阻比为优化目标,以翼型参数为决策变量,对标准翼型进行智能优化。6.掌握应用软件对整机的升力、诱导阻力、摩擦阻力、纵向/横侧向静、动气动导数等参数的估算方法。7.应用软件内置的智能优化算法,对商用飞机起飞重量、有效载荷、航程、油耗等参数进行寻优。8.了解商用飞机任务剖面的含义及内容。对商用飞机任务剖面进行仿真包括：起飞－爬升－巡航－待机－下降－着陆阶段。9.深入了解和分析其中的物理机理，包括流动机理、结构力学机理、飞行力学机理、商用飞机总体设计现象以及各种准则等。