孙勇
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摘要：随着科学技术的不断进步，世界各航空大国的飞机设计研制能力也得到了突飞猛进的发展。现如今，飞机产品不仅交通运输行业发挥着举足轻重的作用，在国防军事领域，更是体现着一个国家空中打击防守能力的强弱。对于未来飞机发展方向的研究与预判一直以来也是各国飞机研究人员和航空爱好者的关注点。因此，本文从飞机外形气动布局、驾驶舱布局设计、机舱布局设计等方面，对未来军民用飞机总体布局设计技术作出一些预测与分析，以供相关从业人员参考交流。
关键词：未来飞机；布局设计；分析预测
0引言
飞机设计研制是一门集总体布局、气动、结构、强度、电气控制、动力燃油、液压系统、飞行控制、环境控制、机电管理、航电技术等多个专业为一体的综合类学科，随着各项技术的不断发展进步，飞机的设计研制技术也在日新月异的变革超越。总体布局技术作为飞机设计工作的先遣学科，其发展动向与趋势不仅决定着未来飞机外形布局形式，也影响着未来飞机其他专业技术发展侧重的方向；同时，其他专业技术的进步革新也时刻作用于飞机总体布局的发展，即两者相辅相成，迭代前行。在飞机预研初期，研究部门以客户或市场需求为导向，并结合现有成熟技术及中短期内可攻克的相关前沿技术，形成早期的新研飞机总体布局方案。以此为基础，更加细化的客户需求及先进技术被融入，经过多轮的迭代优化及大量的相关试验验证，最终形成完整的飞机总体布局方案；以总体布局方案为指导，其他功能专业也进入更为详细的设计阶段。由此可见，开展飞机总体布局技术研究工作的重要性完全不亚于后期的各专业详细方案设计。因此，针对未来飞机总体布局技术进行进一步地设想与研究有着重要的积极意义。
1外形布局设计
现有成熟飞机的主流外形基本均为筒体-机翼构形，即由具有明显的筒状机身及扁平状的机翼、尾翼等组成，动力装置则通过吊舱形式置于机翼下方或以发房形式融于机身两侧。这种外形构造最主要的缺陷在于，机身只产生很少甚至不产生升力，机翼只承受很少甚至不承受载荷，翼身结合部位应力集中，必须通过增重方式加强局部结构，以致牺牲有效载荷，降低飞机经济性。因此，设计人员致力于研究更加高效的气动外形，其中飞翼结构与翼身融合体（BWB）结构为最为典型的代表（如图1所示）。
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1.1飞翼结构
飞翼结构取消了筒体机身，不再区分机翼、机身部段，产生升力与承载是同一结构，受力和结构效率大大提高，载荷直接在机翼内装载，而且沿翼展均匀分布，应力也因此均匀分布。在理论上，如果能在任何时候都做到升力与重力的平衡而且绝对的均匀分布，就可以对结构强度的要求降到最低，即结构只需要能够承担地面上静止的时候自身和载荷的重量。当然重量的绝对均匀分布是不太可能的，总会出现有的部位重，有的部位轻的情况，轻重部位之间总是有一定的应力存在的。但飞翼结构的气动效率和结构优势还是显而易见的，问题是飞翼结构有本质上的气动控制难题，在制造上也存在着诸多的难点。
1.2翼身融合体
翼身融合体（BWB）结构以明显加宽的扁平筒体为中央机体，机翼在翼根位置适应性地加厚，自然、光顺地融入机体，机翼与机体没有明显的分界线，外观上与飞翼结构很相似。虽然外观上浑然一体，但翼身融合体内部结构依然有明确的机体、翼根和机翼。翼身融合体的主要升力来源依然是机翼，但是宽大的扁平机体也可以贡献更多的升力，因此对于相同起飞重量的飞机，机翼翼展和翼面面积可以大大减小，降低机翼的诱导阻力。这种结构对于大型飞机有显著的减阻作用，但对于小型飞机而言，机舱厚度一定程度上受限，加上地板下行李-货物空间和起落架，中央体相对肥厚，机翼与中央体就难以融合，BWB的最优翼展-中央体厚度的比例也容易被破坏，影响气动效率，增加湿面积。若缓和过渡，翼根过于肥厚，阻力加大；若急剧过渡，BWB的气动优越性难以体现，实际上回到了筒体-机翼，只是筒体扁宽一点而已。因此，BWB通常适合于大、中型飞机，与传统的筒体-机翼相比，也有20%的节油能力。
不过BWB在实际应用中也有难于解决的问题，否则早就进一步推广了。BWB用于货运问题还不大，但用于客运的话，机舱布置是个难题，不像传统的纵列的飞机座，倒像横排的剧院座，大量座位在“暗无天日”的中间，非常不舒适。另外，这样的扁平宽大机舱很不容易解决紧急疏散的问题，给日常运作的登机离机工作也增加了难度。
2 驾驶舱布局设计
驾驶舱是飞机上最重要的部分之一，也是飞行员与飞机各系统信息交互的空间，因此未来飞机驾驶舱的布局设计自然要以显示控制系统及信息交互系统为主。对驾驶舱的未来设计将充分利用先进的传感技术与显示技术，目的是实现人机结合，也可以说是人机一体。涉及到的主要设备有三个，数据手套、数据眼镜和信息展示界面。其中，对信息的搜集是数据手套的功能。每一个手套都配套一个磁传感器，这些传感器体积较小，可以安设在食指、小拇指上，也可以安设在手的背面或固定在手臂上，这是人机一体联合工作的起点。系统的整体架构如图2所示。
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整个人机交互系统由硬件和软件组成，硬件主要指的是手套和眼镜，软件为展示界面中的信息分析算法。其中，手套是信息接受器，上安装有一组传感器，眼镜是信息发射器，在其上面安装有磁源发射器。此外，硬件还包括若干个电路处理器，这些分布在线路的各个部分。在工作时，依据的理论是法拉第电磁感应定律，传感器可以测出当前位置的磁感应强度和强度变化规律，这些信息再加上磁感应算法，可以轻松的算出驾驶员手所处的具体空间坐标。至于驾驶员双手和眼镜两者的空间位置关系，由设在手套上的传感器测得，测得数据的精度范围由固定在驾驶员手指上的传感器保证。整个驾驶舱内物件的空间位置信息，实际上是信息发射装置和信息接受装置两者间磁场感应确定的，媒介是物件周围的磁场强度。
3 机舱布局设计
对飞机内部客舱的设计，是仿生学和现代科技的有效结合。动物的构造是最适应大自然的，因为不合适全部被大自然淘汰了。对飞机内部客舱的设计我们借鉴鸟类的骨骼结构，简单的说，在适当的地方提高强度，提高柔韧度。再加上数字化、智能化的控制系统，利用可以操控温度的复合材料制造周围的壁板，根据舱内的温度变化，适当地调整客舱壁板的温度。此外，还可以在安全的环境下让整个壁板透明，所有飞机内的游客可以随意的观赏飞机外的景色。参考生物体内各神经系统联动全身器官运行的机制，在游客和飞机间增加一个感应和联系装置，通过这个装置，游客可以和飞机进行交流，飞机通过游客的诉求可以对游客的座椅进行调整，比如形状的改变，满足游客的要求，这一切由飞机的智能大脑控制。此外，对于飞机内部各物件的制造，使用一些可以自动去除杂质保持干净的新型材料，维持舱体内部的卫生。
未来的飞机内舱不再区分商务、经济舱，而是划分为休息舱、娱乐舱等。休息舱是游客休息睡觉的地方，这个舱的优点是安静，也可对有需要的游客提供轻音乐服务。娱乐仓是放松的地方，可以通过虚拟的立体投影，让乘客置身于你想要的任何情境,比如一个仿真的运动和游戏场所,或者变成购物达人的虚拟试衣间。此外，还包括用餐舱、观光舱等等。观光舱是全透明的，游客可以坐或站在观光舱内欣赏舱外的云海蓝天。
4 结语
随着科技的发展,各种制约因素逐渐被攻克，未来的飞机的外形布局设计将更加趋于气动美学上的极致，舱内布局的设计则将从可视化、智能化、安全性及舒适度等方面更进一步。当然，完美的气动外形也将带来飞行速度、燃油效率等方面的明显提升，安全舒适、更加人性化的舱内设计让飞行员与乘客获得更加享受的飞行体验。
参考文献
[1]张帅浩.一种翼身融合无人飞行器的总体设计及协同作战研究[D].南京航空航天大学2015.
[2]钱志勤.人机结合的演化设计方法及其在航天器舱布局方案设计中的应用[D].大连:大连理工大学, 2001:108-115.
[3]刘璐.飞机座舱内部布置人机工效设计方法研究[D]．南京：南京航空航天大学，2016