如何设计一架C919？CR929总师告诉你

作为大型客机中的“国产之光”，C919自2008年立项以来便备受瞩目。作为我国首款按照国际先进适航标准研制的单通道大型干线客机，经过9年研制，2017年5月5日，C919在上海首飞成功。2021年即将交付首架C919单通道客机。

2017年5月5日，C919首飞动图

关于C919，你可能会在新闻报道中听到过这样的介绍——“C919采用了先进的气动力设计技术”，不过到底是“哪些”先进的气动力设计技术？这些技术又“先进”在哪里呢？

CR929总师陈迎春在中国最硬核的航空学术期刊《航空学报》上发表过这样一篇论文《》（点击文章名回顾）

这篇综述里详细介绍了中国大型客机（也就是C919）设计过程中采用的先进的气动优化设计方法、CFD分析和风洞试验，说明了超临界机翼设计、高效增升装置设计、飞机/发动机一体化设计、尾翼设计、翼梢小翼设计和部件精细化减阻设计技术，成功实现了大型客机的减阻应用设计。

等等，为什么是CR929总师介绍C919的整体气动设计？好奇的小编夜观互联网，在中国商飞网站上发现了这样一篇报道。

原来陈迎春先后担任了ARJ21飞机副总设计师、C919大型客机常务副总设计师和CR929中俄远程宽体客机中方总设计师。以一己之身，先后担纲三款民用飞机总师，这在世界民机制造业都很罕见。

而陈迎春主要负责的，就是飞机总体气动设计。用他的话来讲，“如果把研制ARJ21新支线飞机时的大飞机人比作红军，研制C919大型客机就是新四军了，而现在干CR929宽体客机就是解放军了。”因此，我们现在去回顾这篇《》时，不仅可以了解到C919在气动设计上的创新之处，也能从中预见未来我国大型客机的气动设计发展方向。

以下，小编从这篇论文中摘录出中国大型客机在气动设计水平和设计方法上的一系列进展和突破，与各位航空爱好者和从业者分享。

对比经典机型，确定总体气动方案

现代飞机设计在不断追求安全、环保和舒适的同时，对经济性要求越来越高。评价飞机的先进，首当其冲是飞机的减阻增升的气动设计水平。波音的B737飞机和空客飞机的A320飞机可谓飞机设计史上的经典，占据了巨大的市场份额，至今仍有大量的订单需求。

空客A320

空客A320飞机在结构尽量简化的基础上注重飞机的机翼设计和高效增升装置设计，采用放宽净稳定度布局和超临界机翼设计，为改善压力恢复，压力分布中激波较强；高速设计中兼顾高低速匹配，使得低速增升设计具有较好的条件。B737飞机于20世纪60年代开展设计，经历陆续改型，尤其是近期更换发动机后，尽管飞机的机翼和增升装置未改进设计，仍表现出优异的性能和市场吸引力。

波音B737

B737飞机相对而言超临界机翼特性不明显。增升装置上采用了独特的克鲁格襟翼和较为复杂的多段翼型方案。由于起落架较短，发动机短舱与机翼近距耦合，该机在机翼/发动机一体化设计上下足功夫。两型飞机在改进过程中均对翼梢小翼做出了重大调整，形成了A320NEO融合上反式小翼和B737MAX双叉弯刀式小翼的高辨识度特征。

面对强势的市场竞争，中国从市场需求和本身技术特点以及发展趋势出发，提出了飞机巡航升阻比相对竞争机提高5%的目标，将空气动力设计定位为“突出巡航特性，重视设计鲁棒性”。为了达到这些目标和指标，大型客机空气动力设计采用了超临界机翼等一系列先进的气动技术，并以现代CFD技术结合优化设计方法完成了均衡、鲁棒的设计方案。

气动力设计中依托的方法和手段

在设计方法和手段上，大型客机直接开展基于先进CFD技术的设计、结合国内自主研发程序，结合充分的风洞试验验证，实现了相对较高的气动设计目标。至目前为止，CFD计算量达6000万CPU小时，风洞试验90项，试验车次约17000次。

高雷诺数机翼表面流态显示及与计算对比，试验结果验证了CFD计算的可靠性，同时也可为进一步分析飞机性能和操稳提供了数据支持。

全机表面迹线显示图（上下表面）

超临界机翼设计

超临界机翼是现代客机采用的先进技术。由于采用能够容忍较大范围超声速区又能推迟阻力发散的翼型，可以提高巡航马赫数，获得更高的巡航效率。或在同样厚度和马赫数条件下减小机翼后掠角；同时超临界机翼有较大厚度，获得更大的燃油容积和结构空间，允许机翼进一步增大展弦比；并能增大前缘半径，改善低速性能。

中国大型客机设计要求巡航马赫数为0.785，阻力发散马赫数为0.805，最大巡航速度为0.82。飞机空气动力设计，明确要求超临界机翼较现役同类飞机减阻2%,同时注重鲁棒性设计。通过采用多学科多点设计方法，飞机各方面获得了满意性能。

设计过程中典型压力分布发展

高效增升装置设计

增升装置设计决定了飞机的起降特性和商载能力，其性能较小的提升就能在飞机重量和性能上获得很大的收益，因此是民用飞机设计的核心技术之一。

中国大型客机综合当代飞机发展趋势，经过反复论证，采用三段方案，机构更为简化，结构性能更好，重量代价更小。整个增升装置由主翼、前缘内/外缝翼和单缝内/外襟翼组成。以遗传算法为主对缝翼及襟翼的偏角与缝道参数组合寻优，使得优化设计的结果具有更好的工程实用性。

典型增升装置设计一体化设计表面流线

机翼/高涵道发动机一体化设计

中国大型客机采用78 inch风扇直径的发动机，短舱尺寸达到2.5 m以上。高涵道比发动机给推进效率带来直接的提升，但由于其尺寸较大，对飞机尤其是机翼影响较大，对于较为敏感的超临界机翼，其鲁棒性设计尤其重要。

由于短舱尺寸较大，距离发动机较近，短舱与机翼之间存在强烈的相互干扰，使得短舱与机翼必须采用近耦合设计。同时针对吊挂与机翼连接处进行细节优化设计，避免其不良影响；而在吊挂后缘，一方面匹配了发动机后缘角，另一方面通过对吊挂后缘线形态优化设计，保持吊挂表面的压力梯度，避免压力集中和后缘分离。

a) 吊挂后部机翼下表面流线

b) 动力发动机吊挂后缘表面迹线

机翼下表面流线和吊挂表面流线，从图可以看出吊挂表面流线光顺，机翼下表面后缘没有明显分离。

部件精细设计

大型客机采用四块曲面风挡，机头更加光顺，驾驶舱视野更加开阔；鲨鱼鳍翼梢小翼采用多学科优化设计，大大提高升阻比特性；精细襟翼滑轨整流罩及翼根整流罩满足面积律设计理论，整体流线形态良好。

曲面风挡机头表面压力云图

翼身整流鼓包表面压力分布及迹线图

襟翼支臂整流罩表面压力云图及迹线图

未来气动设计发展方向

未来中国大型客机的市场竞争压力越来越大，飞机设计将以更高要求面向市场，进一步精细权衡各方面设计需求。融合操稳、结构、结冰、噪声等多学科性能的精细多学科优化设计能有效代替设计过程中大量依靠经验的权衡折衷，减少设计迭代周期，提高设计质量。基于强大的计算资源，发展多学科综合的精细优化。将人工智能、深度学习融入优化设计之中能有效升级设计工具，大幅提高设计水平。与此同时一些新技术的采用也将对气动设计带来机遇和挑战，目前较受关注的包括：

变弯度机翼等自适应变形技术能够随工况调整机翼形状。这将极大改变机翼设计时设计点性能和非设计点性能的权衡。

前缘下垂、扰流板下偏等增升装置新技术使得高升力系统设计的机构形式、设计指标、CFD分析方法都发生很大变化，也使得高升力构型性能提高带来了巨大潜力。

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新型翼梢小翼、层流技术、流动控制等减阻措施可能改变飞机设计过程中阻力分配，从而使最优平面布局发生巨大改变，给设计带来全新的变化。

新概念布局，包括翼身融合，DoubleBubble机身、支撑翼等，可能极大改变飞机的面貌，也可能使现行的气动设计发生颠覆式的改变。

小编后记

怎么样，是不是“干货满满”？如果看懂了，或许对你的工作和科研有所启发。看不懂也没关系，毕竟你和总师的差距，除了C919,还差ARJ21和正在研发的CR929。

2018年珠海航展C929模拟机

期待CR929早日首飞！

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