直升机总体设计思路和方法发展分析

倪先平， 朱清华

1. 中国航空工业集团公司， 北京　100028

2. 南京航空航天大学 直升机旋翼动力学国家级重点实验室， 南京　210016



直升机总体设计思路和方法发展分析

倪先平1,2,*， 朱清华2

1. 中国航空工业集团公司， 北京100028

2. 南京航空航天大学 直升机旋翼动力学国家级重点实验室， 南京210016

摘要:直升机总体设计对于型号研制成功与否有着极为重要的影响。随着直升机相关学科以及信息化技术的发展，直升机总体设计亦从传统的原准机设计法、参数统计法等发展到现代的多学科设计优化法。特别是系统工程和并行工程思想以及现代项目管理理念在航空产品研制中的应用，对直升机的总体设计思想产生了重大影响，推动着直升机总体设计向智能化、综合化和系统化方向发展。首先，简要回顾了直升机总体设计技术的发展历程，介绍了传统设计方法和现代设计方法在型号中的应用及其相互之间的差异；然后，重点分析了系统工程和并行工程思想、现代项目管理理念、直升机新构型以及数字化技术对直升机总体设计思想和方法的影响；最后，展望了直升机总体设计方法的未来发展趋势。

关键词:直升机； 总体设计； 设计综合； 原准机法； 多学科设计优化

直升机由于其特有的前向、侧向、后向以及悬停和垂直飞行等低空高机动飞行特性，在国防、国民经济建设和社会公益事业等各方面发挥着不可替代的重要作用。为了满足日益提高的使用要求，直升机构型和技术在持续不断地创新和发展。在使用需求拉动下，现代直升机设计不断综合采用最新的科学技术和项目管理方法，牵引总体设计理念和思路不断创新，使总体设计方法不断改进和发展。随着技术复杂程度的不断提高，研制一种新的直升机，从设计方案的提出，到试制、试验、生产和投入使用，仍然需要长达若干年的周期。在直升机的整个研制周期内，需要进行大量的使用需求论证、概念构型分析、理论模型计算、设计图纸编绘、试制总装生产和试验试飞验证等工作。直升机总体设计贯穿和影响项目的整个研制过程，总体设计方案的优劣决定了项目的研制能否成功。因此，总体设计理念和设计方法始终是直升机技术研究的重点，并且随着直升机型号和技术的发展也在同步地改进和发展[1-6]。

不同的应用场景其复杂程度以及碰撞模拟量均是不同的，针对本文的研究对象，如若用一般的包围盒，其精确度不符合要求，不能准确地描述对象，基于这点，考虑针对混合层次包围盒[6]的改进。

直升机总体设计，前端直接对接用户使用要求；后端承担着分解设计要求，对全机结构及各系统的设计、试验和制造成功并使全机具有最佳综合效能的重大责任。在直升机发展历程中，随着直升机型号、相关学科专业理论和技术的发展，直升机总体设计先后发展和使用了原准机设计法、参数统计法、优化设计法和现代多学科设计优化(MDO)法等多种方法，对直升机的型号发展起到了极为重要的作用。随着直升机新构型的不断出现，新的项目管理理念和方法的应用，直升机空气动力学、飞行力学、结构动力学、声学等学科以及数值分析和仿真技术等支持技术的不断发展，新的直升机总体设计技术将不断持续改进和完善。

1直升机总体设计的基本思路

按照中国飞行器研制程序，直升机研制划分为论证、方案、工程研制、设计定型和生产定型5个阶段[7-9]，如图1所示。按美国和欧洲等国的习惯，直升机设计过程划分为概念设计、初步设计和详细设计3个阶段，基本和图1中前3个阶段的工作内容相对应[6]，如图2所示。总体设计是直升机研制过程中承上启下的关键环节，具有全局性影响的重大决策基本上都要在总体设计中做出。

据统计分析，在直升机的整个研发过程中，总体设计所用时间至多占总工作时间的20%～25%，所耗资金占总资金的5%～10%，但是却决定了直升机全寿命周期费用的75%～85%；飞行器设计成本与时间的关系如图3所示[6]。而在飞行性能、飞行品质、生存力、对环境的影响以及安全性、可靠性、维修性、可测试性、保障性和适用性等方面，总体设计均起着非常关键的作用[1,8-9]。图4通过雷达示意图显示了总体设计方法在综合效能、研制成本、研制周期和研制风险等方面对直升机型号研制产生影响的比重，由图可见，总体设计基本决定了直升机的综合效能和成本周期，是直升机型号研制的关键技术。

图1直升机研制过程
Fig. 1Development process of a helicopter

图2传统的总体设计研究方法[6]
Fig. 2Traditional general design and development approach[6]

图3飞行器设计成本与时间的关系[6]
Fig. 3Relationship between aircraft design cost and time[6]

现代直升机总体设计强调设计综合[28]。乔治亚理工学院的综合产品/过程研发模型(IPPD)是一个典型的直升机设计综合模型。在计算机综合环境下，按照从顶层向下的设计决策过程、综合产品的设计驱动系统工程方法和设计过程驱动的质量工程方法，结合多学科设计优化方法，可以同时从系统全寿命周期过程和多学科并行分析综合进行直升机总体设计，其流程如图8所示[29]。该模型涵盖了从概念设计到制造工艺的整个过程(如图9所示)[27]，综合了各主要学科的计算分析(见图7)。

美国陆军AFDD Advanced Design Office从20世纪70年代就致力于开发PSDE软件用于常规构型直升机总体方案设计。在PSDE基础上形成了RASH优化软件，并先后开发了适用于复合直升机的HELO软件、适用于倾转旋翼机的TR软件以及适用于ABC旋翼直升机构型的PDABC软件等直升机总体设计软件，并最终开发出适用于多种构型直升机总体设计的RC软件。21世纪以来，综合直升机分析和设计的最新成果，开发了NDARC(NASA Design and Analysis of Rotorcraft)旋翼飞行器综合分析设计系统，如图10所示[30]。该模型的主要功能是设计直升机的总体技术方案，并评估设计方案的综合性能。其主要特点是可以适用于单旋翼带尾桨构型、倾转旋翼机构型、双旋翼纵列式构型、刚性双旋翼共轴式构型和带辅助推力(拉力)装置的复合式以及由旋翼、机翼、尾面和起落架等各种部件组合构型的各类旋翼飞行器。NDARC模型的另一特点是集成飞行性能、气动特性、飞行力学和结构等高精度分析模型，采用代理模型来计算旋翼的诱导功率和型阻功率等特性数据，和CAMRADⅡ这样的综合分析模型相比较，可以极大地缩短设计计算时间和降低设计成本。

直升机总体设计思路的发展和直升机型号研制的项目管理思路、直升机相关学科技术和计算技术的发展紧密关联。早期的直升机研制实践，和直升机主要学科专业理论及计算技术发展相适应，直升机总体设计的思路基本上是采用参考原准机设计以及参数统计数据分析的方法。随着系统工程、项目管理方法、相关学科专业理论以及计算技术的发展，直升机系统综合和优化设计思路逐步得到发展和应用，不仅在直升机空气动力学、飞行力学、旋翼及结构动力学和系统设计等领域广泛应用了优化设计技术和初步系统集成的方法；而且在总体设计中，以满足主要设计要求为目标，以满足性能、成本和重量等各方面要求为约束条件的优化设计方法也不断发展，并在型号设计实践中得到了广泛应用。为了同步获得最优综合效能和主要学科专业、关键部件和系统的满意性能，在直升机总体设计中，分层次优化设计的思路逐渐获得业界的重视。特别是并行工程技术管理思想的出现和在飞行器研制中取得的明显成效，使得直升机总体设计理念和思路有了跨越性的发展。按照系统工程流程和并行工程思路，纵向前端向使用要求分析论证延伸，后端向详细设计、工程制造和试验试飞甚至使用保障延伸；横向，同步考虑空气动力学、飞行力学、结构动力学、声学、主要系统和结构设计、重量成本以及“六性”等各方面因素来开展直升机总体设计，使总体设计能够更全面地考虑用户的需求、详细设计、制造生产和使用保障的可行性、有效性和经济性，获得更满意的直升机综合效能。

图4总体设计方法影响性所占比重
Fig. 4Influence proportion of general design technology

2直升机总体设计传统方法

按照业内公认的划代标准，直升机目前已经发展到了第四代[10]。实用型直升机出现在20世纪30年代末，第一代直升机的技术还不很成熟，除了安全性问题，总体设计主要关注于直升机的基本飞行性能；总体设计方法基本上是借鉴固定翼飞机和旋翼机的设计方法。自转旋翼机的发展比直升机起步早约15年，其旋翼技术为直升机的发展奠定了基础[11]。

伴随着系统工程方法论和计算机技术及优化理论的迅速发展，直升机总体设计优化技术逐渐发展并成熟起来[16]，注重直升机系统综合效费比的直升机方案评估被逐步引入到直升机研制过程中，从而形成了输入输出设计闭环。基于优化设计的总体设计方法在第三代直升机研制中得到广泛应用，对直升机型号的发展起到了积极的推动作用。

1) 原准机设计法。参考现有的相近成熟机型，确定直升机总体参数初始值、总体气动初步布局、系统初步方案和重量估算，在此基础上进行飞行性能分析和成本效能分析等，并与使用要求比较，经逐步调整得到最终总体设计方案。

2) 统计分析设计法。建立已有直升机的主要设计参数统计数据库，对大量设计参数进行相关性分析，采用多元回归等方法，建立起直升机主要参数和统计参数之间的统计关系函数表达式。这样，设计者可根据使用要求，依据统计关系式对直升机的总体设计参数进行初步选择[14]。

3) 参数分析法。根据使用要求中的某项主要要求初步确定直升机的主要总体参数，然后根据其他任务要求逐步确定其余总体参数。这种总体设计方法通常采用直升机起飞重量或燃油重量作为平衡参数，应用部件和系统统计重量公式和直升机性能分析模型作为设计和分析工具[15]。

直升机型号和技术的发展，是一个不断创新的过程。直升机总体设计的理念、思路和方法也必须要不断创新，在将成熟的设计方法应用于型号设计的同时，还必须持续不断地采用新理念、新思路、新技术、新方法来改进、完善和发展直升机总体设计方法。

3直升机总体设计优化方法

20世纪60年代初至70年代末，第二代直升机发展很快[10]，直升机型号大量增加，在各领域得到了广泛使用，积累了丰富的直升机研制和使用经验，直升机总体设计方法逐步完善和系统化。这一阶段的总体设计重点从功能设计开始转向性能设计，主要采用以下几种方法[12-13]：

在直升机总体设计应用的初步阶段，优化技术在总体参数优化选择和在空气动力学、动力学、旋翼、结构等主要学科、主要系统部件的性能参数设计优化上的应用几乎同步开展[17]。早期的直升机总体优化设计思路大体上沿袭了传统总体设计的思路，但是学科专业的覆盖面和包含的设计信息量远远超过了传统设计方法。最重要的是，由于采用了先进的计算技术，得益于计算机计算速度的快速提高，在设定的目标函数和约束条件下，可以快速形成多个设计方案以进行综合效能评估，从中选出满足使用要求的最佳设计方案 ，从而更有效地提高总体设计质量和缩短设计周期[18]。国外以VASCOMP[19], HESCOMP[20]和GTPDP[21]为基础，结合优化算法分别形成了比较成熟的直升机总体设计优化软件，乔治亚理工学院还开发了适合单旋翼带尾桨式和包括倾转旋翼机在内的多种新构型直升机概念设计的CIRADS软件系统。国内南京航空航天大学和中国直升机设计研究所也比较系统地开展了这方面的研究和应用工作[12-13,19]。

为了更好地发挥总体设计在对接、分解使用要求、协调相关学科专业和各系统部件尺寸、性能要求的功能，使设计方案能够在总体和主要学科专业、主要系统部件两方面同步获得满意的结果，美国麦道公司将直升机总体参数优化和部件参数优化结合起来，探索开展了直升机总体多层次优化设计。顶层上对直升机型式、总体参数及主要尺寸进行优化选择；在局部优化部分，对直升机的关键特性和关键部件性能进行优化，其流程如图5所示[22]。在部件优化模块中，包含了旋翼桨叶翼型优化、直升机性能优化、气动弹性稳定性优化和结构优化等内容。在该设计方法中，明显体现了并行工程的指导思想。

4直升机总体参数多学科设计优化

多学科设计优化是总体优化设计方法在近年来的最新发展[22-24]。20世纪80年代以来，在飞行器研制中逐步推行并行工程的管理方法，多学科设计优化是并行工程管理思想在飞行器总体设计中的实际应用。多学科设计优化用于解决直升机设计中各学科专业之间的相互耦合、计算以及信息组织的复杂性等问题，通过协调各学科专业之间的矛盾和冲突，利用各学科专业之间的相互作用和协调效应，集成有关设计和计算分析工具，将直升机的设计从传统方法的孤立、串行的过程，转化为并行和协同的过程。将各学科专业、系统部件的设计优化和直升机总体设计优化并行开展。在第三代和第四代直升机的总体设计中，多学科设计优化方法得到了普遍应用。

随着各国关税水平的持续降低，经济全球化的不断深入，尤其是国际投资在全球经贸合作中的分量与贡献越来越大，自由贸易园区的优惠政策开始由关税政策向投资政策、外汇政策以及人员流动政策变迁。以中国香港为典范，其已经发展为全面实施自由贸易制度、自由投资制度、自由外汇制度以及自由出入境制度的高水平自由贸易港。总的来看，全球自由贸易园区的基本功能包括转口贸易、出口加工、离岸金融服务、商品展示、零售业务等(见图1)。有些自由贸易园区功能较为单一，有些则相对综合。

CREATION是目前最新的直升机总体设计模型，具有以下4个主要特点：

图5直升机设计中的多层次优化方法[22]
Fig. 5Multilevel optimization approach in helicopter design[22]

图6直升机总体多学科设计优化模型数据流程图[25]
Fig. 6Data and process flowchart for a helicopter preliminary multidisciplinary design optimization[25]

文献[25-26]的直升机多学科设计优化模型，包括了飞行性能、重量、操稳特性和经济性4个学科专业，利用iSIGHT多学科优化集成软件平台建立计算环境，集成直升机分析性能、重量、操稳特性和经济性分析程序，建立起基于多学科可行性方法(MDF)直升机总体多学科设计优化系统。采用UH-60A直升机作为算例，优化后的直升机综合效能得到明显提高，其模型数据流程图如图6所示[25]。图中：We为直升机空机重量；W1～W9为直升机采购成本分析所需的各部件重量；Vcr为巡航速度；WMR为任务载荷；Q为巡航飞行时每小时耗油量；Mb为桨叶绕挥舞铰质量矩；Ib为桨叶绕挥舞铰惯性矩；Ixx、Iyy、Izz和Ixy分别为直升机绕各轴的惯性矩和惯性积；k为直升机重量效率；PS为直升机单位总重飞行生产率；FQI为直升机操纵稳定性指数；DOC为直升机单位小时飞行费用。

乔治亚理工学院采用响应面代理模型集成多学科精确分析模型，形成分布式直升机总体多学科综合设计系统，如图7所示[19,27]。

图7多学科综合与物基模型的关系[19, 27]
Fig .7Relationships between multidisciplinary synthesis and sizing and physics-based models[19, 27]

5现代直升机总体设计方法

除多学科设计优化技术外，众多学科专业分析模型、数值计算方法以及计算机辅助设计和计算工具(CAD、CFD和ANSYS等)在直升机总体设计中得到了综合应用。随着第四代直升机和新构型直升机的发展与使用，直升机总体设计方法日益体现出系统工程思想和并行工程思想耦合的特点。从纵向来说，总体设计要采用面向用户、面向需求、面向全寿命周期的设计理念；从横向来说，总体设计要同步综合协调各主要学科专业以及主要系统部件特性，融合多学科设计、大规模并行计算和优化设计于一体，不断提升直升机总体设计的综合化、智能化和系统化水平。

基于需求的酒店管理系统的实现，必须结合实际进行相应方案分析设计工作，这个过程中先根据酒店自身规模、特色、市场定位等对其系统需求做全方位划分，可采用例视图法对酒店做初步需求展示分析，发掘酒店自身需求特性，按照关系分解法、合成法、整合酒店管理系统需求以此使整个方案完善特性得到有效体现。

现代直升机使用要求高、技术难度大、结构系统复杂，各分系统不仅自身技术复杂而且相互耦合，从而对总体设计提出了更高的要求。如何在概念设计阶段合理确定优选的总体初步方案，怎样在初步设计阶段获得合理的设计综合，在详细设计阶段能够按期保质完成设计分析、确定设计图样和工艺方案等，都取决于所采用的先进的总体设计理念和科学合理的总体设计方法。综合权衡空气动力学、飞行力学、结构强度、振动声学、动力装置、飞行控制、综合航电、材料工艺等多学科专业，最终可获得满足使用要求并具有最佳综合效能的直升机总体设计方案。实践证明，总体设计思路正确、总体设计方法科学，不仅可以获得满意的直升机设计方案，使直升机具有很高的使用效能，而且能够有效地提高直升机的研制质量、缩短型号研制周期、降低型号研制成本。

图8乔治亚理工学院的综合产品/过程研发模型(IPPD)过程[29]
Fig. 8Integrated product and process development (IPPD) process of Georgia Institute of Technology[29]

图9分层的IPPD流程[27]
Fig. 9Hierarchical IPPD process flow[27]

第三，某些选修课程设置的初期忽视了学生的呼声和意见。某些选修课程的设置不但要围绕某种理念进行，对学生的兴趣也要加以兼顾，以利于提高学生的学习兴趣。

文献[31]将NASA开发的多目标设计分析和优化工具OpenMDAO和NDARC模型进行了结合。其中，OpenMDAO能够提供开放的计算环境，可以综合多学科分析模型进行自动分析，在各计算分析模型之间进行数据交换，并分别以串行方式或并行方式进行各学科计算分析；同时，OpenMDAO还综合了一组优化程序，可用于进行直升机总体顶层分析。除多学科设计优化技术外，可以利用直升机总体设计工具、旋翼气动分析和结构分析工具、声学分析工具以及参数几何工具来开展直升机总体设计和进行各学科特性分析。OpenMDAO多学科设计环境如图11所示[31]。

法国的ONERA目前正在开发一种新的直升机总体设计软件CREATION[32]，该软件的核心是称之为目标单元的飞行性能和环境影响(声学和大气污染等)。围绕这两个核心模块，建立了直升机任务和规范、构架和几何、重量和结构(气动弹性)、空气动力学和动力装置等5个功能单元，用于分析评估直升机的飞行性能和对环境的影响。这7个单元分别分为3个层级：在“零”级单元中，采用简单的统计和分析模型；在一级单元中，采用封闭的分析模型；在二级单元中则〗采用了数值计算模型。CREATION的构架在平面上由不同学科模块、在垂直方向由3个不同层级单元的不同复杂程度的分析模型构成。在垂直方向，低层级单元对应初步概念设计，高层级单元对应详细总体设计，低层级单元为高层级单元的深入分析提供必要参数。在平面构架内，在同一层级内的分析模型，分别对应初步概念设计、详细总体设计或对方案的全面评估。

电池在过充到一定阶段，电池内压过大超过电池盖板与壳体之间的焊接强度时就会发生破裂，随后电池内部的高压气液混合物就会喷出，在喷射过程中遇到氧气，并与空气、电池测试支架摩擦，就会发生爆炸。图2是电池2C过充致爆过程中喷射物的红外热像图片。

1) 综合了多学科设计优化方法。

图10美军AFDD开发的NDARC系统组成[30]
Fig. 10Components of NDARC developed by US AFDD[30]

图11多学科OpenMDAO旋翼飞行器分析环境示例[31]
Fig. 11Example of multidisciplinary OpenMDAO rotorcraft analysis environment[31]

2) 体现了多层次优化思想。

3) 根据实际需要或掌握的数据的多少，既可以进行初步概念设计，也可以进行复杂的总体设计方案评估。

4) 除了常规直升机性能特性，针对现代直升机使用要求，还包含了对环境影响的分析评估。

6直升机总体设计方法发展展望

直升机型号正处于由第四代向第五代发展的过程，无论是军用还是民用直升机，使用要求都在不断提高。军用方面，随着现代战争对抗手段的快速发展，军用直升机使用环境日趋严酷，研发飞行速度更快、机动性能更好、生存能力更强、航电武器更先进、可适应全天候恶劣环境作战的型号是军用直升机型号和技术发展的必然趋势。民用方面，随着对经济型、安全性、可靠性、舒适性和环保性等要求越来越高，市场竞争越来越激烈，开发全寿命周期成本低、安全可靠、低噪声、低振动、低污染的型号以及技术，是民用直升机领域的基本方向。这些对直升机总体设计提出了新的挑战。

进入21世纪以来，基于模型的复杂系统工程管理思想为直升机总体设计注入了新的理念，与直升机相关的各学科专业的理论和分析模型发展也很快，新的学科不断出现，计算精度、置信度和复杂度越来越高，相互之间的耦合关联越来越紧密。计算流体动力学、有限元分析等数值计算技术、各种优化计算技术、数字设计技术(如CATIA、UG和SOLIDWORKS等)以及各种商用软件(如FLUENT、ANSYS、ABAQUS等)，为直升机总体设计提供了更好的基础。新时期直升机总体设计技术发展将呈现以下几方面特点：

1) 在设计理念上，将进一步综合并行工程和基于模型的复杂系统工程管理思想。横向将尽可能同步计入各传统学科和新兴学科的影响，完整地分析和评估直升机的综合使用效能；纵向将尽可能地从设计阶段向前后延伸，前端按照面向需求的基于模型的复杂系统工程理念和使用要求无缝对接，后端尽可能提早计入详细设计、工程制造、试验试飞和使用维护对总体设计的影响，使得到的直升机总体方案在全面满足使用要求的同时，具有很高的质量和置信度。

“在雪夜晒月亮，我们都快冻成四根凌冰挂树上了，你们两位就披一件葛布的袍子，不冷吗？乌有先生你还摇着你的纸扇子，会伤风的啊！”上官星雨说。

2) 从具体设计方法来说，充分利用多学科设计优化、全过程设计综合、分阶段分层次进行总体方案设计和评估，充分采用各种理论物理模型、数值计算技术、数字设计技术、优化计算技术以及各种成熟商用软件作为设计工具和手段，并采用更高效的代理模型来替代复杂的理论分析模型，完善直升机总体设计手段，提高总体设计效率[33-34]。

3) 为适应新构型直升机发展的需要，直升机总体设计必须不断扩大分析模型，拓展考虑因素的范围。目前，除了相对比较成熟的倾转旋翼机，共轴刚性双旋翼高速直升机、涵道矢量推力复合式直升机和双螺旋桨旋翼机翼复合式构型直升机等新构型均已进入到验证机阶段。这些新构型直升机具有许多常规直升机所没有的特点，构造和操纵复杂，气动干扰和气弹耦合严重，在直升机总体设计阶段必须计入这些特点。

乌龙矶水库除险加固工程生产生活区现状为耕地，施工前，对可能受到污染、硬化的混凝土拌和场、机械维修厂等场地进行表土剥离，剥离厚度按0.5 m考虑，先堆放于场地一角，并采取彩条布遮盖防尘措施。对生产生活区，采取开挖土质排水沟等措施，排出场地雨水和生产生活污水，防治水土流失。施工机械设备冲洗水等施工用水尽量集中排放，通过环保工程设置的沉淀池处理后循环使用或沉淀处理达标后排入下游河道。生产生活区在结束使用后，需要按要求及时进行施工迹地清理，恢复原有土地功能。

4) 总体设计将持续不断地吸收直升机各学科技术的最新成果，使直升机总体设计模型能更准确地描述和反映直升机的特性。近年来，先进旋翼气动外形及新型桨尖设计，先进无轴承旋翼桨毂设计，高效高精度旋翼空气动力数值模拟、旋翼多体动力学气动弹性耦合稳定性分析，旋翼/机体耦合动力稳定性主动控制(包含非定常、非线性和可时变的旋翼自由尾迹大机动飞行动力学)，高带宽权限飞行控制以及直升机健康与使用完好性监测等新技术，为直升机总体设计提供了新的可精确描述直升机特性的理论分析和设计工具。

7结束语

传统的总体设计方法主要依赖于参考原准机和统计数据分析，依赖设计者的以往经验。其特点是物理概念清晰，设计过程简明，设计目标单一。但因为受各学科专业理论模型和计算条件限制，设计考虑的因素比较少；大多数情况下，只有直升机飞行性能能够得到比较系统的分析，难以同步计入飞行力学、动力学、声学等学科的影响，也难以同步分析动力装置等主要系统和部件的设计参数，使设计参数调整的范围非常有限，从而无法在短时内形成多个可行的总体设计方案以进行分析比较，并从中选择最好的方案。在后续详细设计阶段对直升机作全面深入的各学科专业特性分析时，往往因为个别特性不能完全满足使用要求或设计规范要求而必须对总体设计方案作一些必要的调整，这样就有可能导致研制周期延长和成本增加。

1) 直升机总体设计必须在改进中发展，在继承中创新。传统的原准机设计法、统计分析法和参数分析法不会完全过时，仍然有其应用价值，在新的设计方法中应保留传统设计方法的精华。总体设计仍然需要不断完善直升机数据库，充分利用已有的成果和经验。

在2 D培养水平，紫云英苷可明显抑制糖酵解相关蛋白Glut1、Glut3、HK2、PDK1和PDK3的表达(P<0.05)(图4A)。与此相似，在3 D细胞培养水平，紫云英苷可明显降低糖酵解相关蛋白Glut1、Glut3、HK2、PDK1和PDK3的表达(P<0.05)，且均呈一定剂量依赖效应关系(图4B)。此外，紫云英苷可明显降低HK2活性，并呈一定剂量依赖效应关系(图4C)。

近期，原料价格高位运行，出口市场持续跟进，市场供货偏紧，价格稳中上行。10月22日中国磷酸二铵批发价格指数（CPPI）为2933.17点；磷酸二铵零售价格指数（CPRI）为 3047.97点，环比上涨58.29点，涨幅为1.95%；同比上涨134.12点，涨幅为4.60%；比基期下跌173.80点，跌幅为5.39%。

2) 在总体设计分析模型中，应全面反映使用要求，根据所研制型号的主要任务使命，综合评估使用要求，合理分解使用要求，选择主要要求作为设计目标，其他重要要求作为约束条件，在设计过程中综合权衡各项要求，力求得到全面满足使用要求的最佳方案。

11月26日，来自中国深圳的科学家贺建奎在第二届国际人类基因组编辑峰会召开前一天宣布，一对名为露露和娜娜的基因编辑婴儿在中国健康诞生。这对双胞胎的一个基因经过修改，使她们出生后即能天然抵抗艾滋病。消息出来后不久便引起舆论极大争议，无数生命科学学家对此严厉批判，很多网友也表达了质疑和反对的态度。基因编辑技术本身存在无法排除的潜在健康风险问题，在技术上面也有一些问题没有得到解决，而除了这些，它所面临的最大的问题则是伦理问题。

我有幸应论坛邀请，在此次论坛上第一个议题，作了题为“走好军民融合发展之路”的发言。2015年，习近平首次提出把军民融合发展上升为中国国家战略。中共中央政治局2017年1月22日召开会议，决定设立中央军民融合发展委员会，由习近平任主任。中央军民融合发展委员会是中央层面军民融合发展重大问题的决策和议事协调机构，统一领导军民融合深度发展，向中央政治局、中央政治局常务委员会负责。实施的对策是：以政府为先导；以法律法规为保障；以发展军民两用技术为核心。

3) 在直升机总体设计中必须强调综合，不管在设计模型中包含了多少学科和部件系统，设计的指导思想始终要突出提高综合效能，强调各学科的设计综合，不能片面追求单项性能最优。

参考文献

[1]STEPHEN G K. Guide for conceptual helicopter design[D]. Monterey: Naval Postgraduate School， 1983.

[2]ALLEN C H. An analysis of three approaches to the helicopter preliminary design problem[D]. Monterey: NAVAL Postgraduate School, 1984.

[3]RUTHERFORD C J W, STROZIER C J K. Formulation of a helicopter preliminary design course[C]//Proceedings of AIAA Aircraft Design, Systems and Technology Meeting. Reston: AIAA, 1983.

[4]PROUTY R W. Helicopter design technology[M]. 2nd ed. Malabar: Kieger Publishing Company, 1998.

[5]MARAT N T, VENGALATTORE T N, INDERJIT C. Preliminary design of transport helicopters[J]. Journal of the American Helicopter Society, 2003, 48(2): 71-79.

[6]JOHN R B, DONALD J M, BRENDA J, et al. Integrated helicopter design tools[C]//Proceedings of the 52nd AHS Annual Forum. Fairfax, VA: AHS Press, 1996.

[7]张呈林， 郭才根. 直升机总体设计[M]. 北京: 国防科技出版社， 2006: 1-7, 22, 136-150.

ZHAND C L, GUO C G. Helicopter general design[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2006: 1-7, 22, 136-150 (in Chinese).

[8]刘虎， 罗明强， 田永亮, 等. 飞机总体设计支持技术探索与实践[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2013: 3-12.

LIU H, LUO M Q, TIAN Y L, et al. Exploration and practice of supporting technology for aircraft conceptual design[M]. Beijing: Beihang University Press, 2013: 3-12 (in Chinese).

[9]顾诵芬. 飞机总体设计[M]. 北京： 北京航空航天大学出版社， 2001.

GU S F. Aircraft general design[M]. Beijing: Beihang University Press, 2001 (in Chinese).

[10]倪先平， 蔡汝鸿， 曹喜金, 等. 直升机技术发展现状与展望[J]. 航空学报, 2003, 24(1): 15-20.

NI X P, CAI R H, CAO X J, et al. Present situation and prospects of helicopter technology[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2003, 24(1): 15-20 (in Chinese).

[11]LEISHMAN J G. A chronicle of early British rotorcraft[C] //Proceedings of the 60th Annual Forum and Technology Display of the AHS. Fairfax, VA: AHS Press, 2004.

[12]倪先平. 直升机参数选择方法浅析[C]//第三届全国直升机年会论文集. 北京： 中国航空学会, 1987: 146-159.

NI X P. Analysis for the selection methods of a helicopter parameters[C]//Proceedings of the 3rd Annual Forum of China Helicopter Society. Beijing： CSAA, 1987: 146-159 (in Chinese).

[13]倪先平. 直升机总体参数优化选择[C]//第一届全国飞机总体设计学术交流会论文集. 北京： 中国航空学会, 1991.

NI X P. The optimization selection for the general parameters of a helicopter[C]//Proceedings of the 1st Annual Forum of Aircraft General Design. Beijing: CSAA, 1991 (in Chinese).

[14]LIOR M. Statistical methods for helicopter preliminary design and sizing[C]//Proceedings of the 31st European Rotorcraft Forum. Bonn, Germany: ERF Press, 2005.

[15]普劳蒂 R W. 直升机性能及稳定性和操纵性[M]. 高正, 陈文轩, 施永立, 译. 北京: 航空工业出版社, 1990.

PROUTY R W. Helicopter performance, stability and control[M]. GAO Z, CHEN W X, SHI Y L, translated. Beijing: Aviation Industry Press, 1990 (in Chinese).

[16]JAEHOON L, SANG J S. Development of an advanced rotorcraft preliminary design framework[J]. International Journal of Aeronautical & Space Sciences, 2009, 10(2): 134-139.

[17]ROCCHETTO A, POLONI C. A hybrid numerical optimization technique based on genetic and feasible direction algorithms for multipoint helicopter rotor blade design[C]//Proceedings of the 1st European Rotorcraft Forum. Bonn, Germany: ERF Press, 1995.

[18]PALASIS D, WAGNER S. Development of a conceptual design method for rotor-wing aircraft using digital computers[C]//Proceedings of the 17th European Rotorcraft Forum. Bonn, Germany: ERF Press, 1991.

[19]张呈林, 彭名华. 直升机总体设计技术的新进展[J]. 航空制造技术, 2010(13): 57-60.

ZHANG C L, PENG M H. New progress of general design technology for helicopter[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2010(13): 57-60 (in Chinese).

[20]ROSENSTEIN HAROLD J, STANZIONE KAYDON A. Computer aided helicopter design[C]//Proceedings of the 37th AHS Annual Forum. Fairfax, VA: AHS Press, 1981: 112-127.

[21]SCHRAGE D P, MAVRIS D N, WASIKOWSKI M. GTPDP: A rotor wing aircraft preliminary design and performance estimation program including optimization and cost[C]//Proceedings of AHS Vertical Lift Aircraft Design Conference. Fairfax, VA: AHS Press, 1986.

[22]BANERJEE D, SHANTHAKUMARAN P. Application of numerical optimization methods in helicopter industry[C]//Proceedings of the 13th European Rotorcraft Forum. Bonn, Germany: ERF Press, 1987: 1-37.

[23]MAVRIS D N, de LAURENTIS D A, BANDTE O, et al. A stochastic approach to multi-disciplinary aircraft analysis and design[C]//Proceedings of AIAA 36th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reston: AIAA, 1998.

[24]STEVENS J M G F, BOER J F, LAMME W F, et al. Helicopter pre-design strategy: Design-to-mass or design-to-cost? NLR-TP-2009-306[R]. Amsterdam: NLR, 2010.

[25]彭名华, 张呈林. 直升机总体多学科优化设计[J]. 直升机, 2010(3): 11-16.

PENG M H, ZHANG C L. Helicopter conceptual/preliminary multidisciplinary design optimization[J]. Helicopter, 2010(3): 11-16 (in Chinese).

[26]彭名华. 直升机总体多学科设计优化研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2009.

PENG M H. Research on helicopter conceptual/prelimi-nary multidisciplinary design optimization[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2009 (in Chinese).

[27]DANIEL P S. Technology for rotorcraft affordability through integrated product/process development (IPPD)[C]//Proceedings of the 55th AHS Annual Forum. Fairfax, VA: AHS Press, 1999.

[28]HIRSH J E, WILKERSON J B, NARDUCCI R P. An integrated approach to rotorcraft conceptual design[C]//Proceedings of AIAA 45th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reston: AIAA, 2007.

[29]DANIEL P S, WILLIAM M C. Integrated product/ process development approach for balancing technology push and pull between the user and developer[C]//Proceedings of the 68th AHS Annual Forum. Fairfax, VA: AHS Press, 2012.

[30]WAYNE J. NDARC-NASA design and analysis of rotorcraft validation and demonstration[C]//Proceedings of the American Helicopter Society Aeromechanics Specialists’Conference. Fairfax, VA: AHS Press, 2010.

[31]MICHAEL A, RAJNEESH S. OpenMDAO/NDARC framework for assessing performance impact of rotor technology integration[C]//Proceedings of the 70th AHS Annual Forum. Fairfax, VA: AHS Press, 2014.

[32]BASSET P M, TREMOLET A, CUZIEUX F, et al. The CREATION project for rotorcraft concepts evaluation: The first steps[C]//Proceedings of the 37th European Rotorcraft Forum. Bonn, Germany: ERF Press, 2011.

[33]WILLIAM A C, DAVID H L. The genetic algorithm as an automated methodology for helicopter conceptual design[J]. Journal of Engineering Design, 1997, 8(3): 231-250.

[34]EMRE G M, ADEEL K, DANIEL P S. Weight estimation using CAD in the preliminary rotorcraft design[C]//Proceedings of the 33rd European Rotorcraft Forum. Bonn, Germany: ERF Press, 2007.

倪先平男， 博士， 研究员， 博士生导师。主要研究方向： 直升机总体设计。

Tel: 010-58355861

E-mail: nixianp@sohu.com

朱清华男， 博士， 副教授。主要研究方向： 直升机总体设计， 新构型旋翼飞行器设计。

Tel: 025-84892196

E-mail: Zhuqinghua@nuaa.edu.cn

Received： 2015-08-06; Revised: 2015-09-18; Accepted: 2015-10-12; Published online: 2015-10-2616:40

从“杀出一条血路”到“闯出一条新路”，新时代改革开放的实践课题在转换。低垂的果子已经摘完。今天的改革，面对的是“发展起来以后的问题”，面临的是从“有没有”转向“好不好”的发展跃升，必须在深水区、“无人区”中闯出新天地；

URL： www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20151026.1640.002.html

Development of ideas and methods of helicopter general design

NI Xianping1,2,*, ZHU Qinghua2

1. Aviation Industry Corporation of China, Beijing 100028, China 2. National Laboratory of Science and Technology on Rotorcraft Aeromechanics, Nanjing University of Aeronautics &Astronautics, Nanjing 210016, China

Abstract:The general design has a key influence on the successful development of a helicopter. With the development of the relevant disciplines of helicopter and IT technique, the helicopter general design has developed from traditional prototype design method, parameter statistics method to modern “multidisciplinary design optimization method”. Especially the application of the ideas of system engineering, concurrent engineering and modern program management in the development of aviation products produces great influence on the helicopter general design idea, pushing helicopter general design to develop towards intelligence, synthesis and systematization. Firstly, the development of helicopter general design methods is reviewed briefly, and the application of the traditional and modern design methods in the helicopter development and the differences between those methods are introduced. Then, the influences on the ideas and methods of helicopter general design produced by such aspects as the ideas of system engineering, concurrent engineering and modern program management, the helicopter new configuration and new digital technology are analyzed. Finally the development trends of helicopter general design methods are prospected.

Key words:helicopter; general design; design synthesis; prototype method; multidisciplinary design optimization

*Corresponding author. Tel.： 010-58355861E-mail: nixianp@sohu.com

作者简介：

中图分类号：V221； V275+.1

文献标识码：A

文章编号：1000-6893(2016)01-0017-13

DOI：10.7527/S1000-6893.2015.0271

*通讯作者.Tel.： 010-58355861E-mail: nixianp@sohu.com

收稿日期：2015-08-06; 退修日期: 2015-09-18; 录用日期: 2015-10-12; 网络出版时间: 2015-10-2616:40

网络出版地址： www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20151026.1640.002.html

引用格式： 倪先平， 朱清华． 直升机总体设计思路和方法发展分析[J]． 航空学报, 2016, 37(1): 17-29. NI X P, ZHU Q H. Development of ideas and methods of helicopter general design[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2016, 37(1): 17-29.

http://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn