飛機氣動布局設(shè)計的案例
高超聲速飛機氣動外形概念設(shè)計
20 世紀(jì)初，美國就開展了高超聲速飛機的相關(guān)研究，并先后提出了多個概念方案。廖孟豪等[3]對美國軍方和軍工部門提出的4個高超聲速作戰(zhàn)飛機概念方案進行了梳理，對比分析了各個概念方案的氣動布局特點，分析認(rèn)為，美國高超聲速作戰(zhàn)飛機氣動布局向提升低速特性、降低內(nèi)外流耦合程度、增加機身容量等方向演變。左林玄等[4]詳細總結(jié)了高超聲速飛行器的氣動布局分類，并指出未來高超聲速飛行器的布局將向翼身融合布局和乘波體布局兩個方向發(fā)展。李憲開等[5]結(jié)合高超聲速飛機的需求，分析了高超聲速飛機氣動布局設(shè)計存在的問題、難點和關(guān)鍵技術(shù)。
氣動布局技術(shù)是水平起降高超聲速飛機研制的核心技術(shù)之一。崔凱等[6-7]采用前體/發(fā)動機一體化設(shè)計思想，給出了一種雙旁側(cè)進氣翼身融合體概念設(shè)計方案。國內(nèi)對高超聲速飛行器的相關(guān)研究日趨活躍，但對高超聲速飛機尤其是氣動布局方面的研究還不多，而且缺乏具體的應(yīng)用背景和需求指標(biāo)牽引。劉濟民等對高超聲速ISR平臺的軍事需求進行了分析，并對其在未來海戰(zhàn)中的應(yīng)用進行了研究[8]。根據(jù)軍事需求分析得到的能力需求，目前的技術(shù)發(fā)展水平和對未來作戰(zhàn)使用的基本構(gòu)想，對高超聲速ISR 平臺做以下技術(shù)想定，見表1。
表1 高超聲速ISR平臺主要技術(shù)指標(biāo)
Table 1 Main technology index of hypersonic ISR vehicle
本文以上述高超聲速ISR 平臺目標(biāo)圖像為需求牽引，擬采用類乘波體氣動布局，對高超聲速ISR平臺的氣動外形進行初步設(shè)計與性能分析，并進一步驗證氣動外形概念方案滿足設(shè)計需求的程度，找到軍事需求與技術(shù)滿足度之間的差距，為高超聲速飛機氣動布局技術(shù)研究指明努力的方向。
1 氣動外形設(shè)計方法
氣動外形設(shè)計包括乘波前體氣動外形優(yōu)化設(shè)計、機翼設(shè)計。
展開 基于CFD理論的戰(zhàn)略大飛機的氣動特性數(shù)值模擬
文獻[1]和文獻[2]基于伴隨算子，研究大飛機在全機狀態(tài)下的機翼多參數(shù)、高精度優(yōu)化設(shè)計，并考慮短艙和機身對機翼氣動特性的影響；文獻[3]采用非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格方法數(shù)值求解N-S方程，分析了進排氣效應(yīng)對機翼氣動載荷的影響；文獻[4]對大飛機布局風(fēng)洞實驗尾支撐干擾開展了數(shù)值模擬和實驗研究，數(shù)值方
法計算結(jié)果與風(fēng)洞實驗結(jié)果有很好的一致性；文獻[5]基于3D數(shù)字樣機和高精度數(shù)值模擬方法，設(shè)計自動駕駛儀閉環(huán)仿真系統(tǒng)；文獻[6]研究非平面機翼的氣動性能；文獻[7]研究寬體飛機客艙環(huán)境控制系統(tǒng)的通風(fēng)情況；文獻[8]研究飛機在大迎角條件下的氣動特性；文獻[9]研究飛機機翼的結(jié)構(gòu)和氣動耦合技術(shù)；文獻[10]研究飛機空氣動力和穩(wěn)定特性；文獻[11]研究運輸機尾部降阻增升方案的設(shè)計，并進行風(fēng)洞試驗；文獻[12]考慮進氣道幾何特征，研究高速飛機的進氣道特性；文獻[13]使用降階模型，數(shù)值模擬飛機的結(jié)冰特性；文獻[14]研究大飛機縫翼滑軌對飛機氣動性能的影響；文獻[15]數(shù)值模擬大飛機靜壓孔周圍的壓力系數(shù)，仿真得出壓力系數(shù)與實際側(cè)滑角的關(guān)系；文獻[16]基于分布式推進系統(tǒng)與翼身融合體耦合的飛機氣動布局設(shè)計方案，研究設(shè)計參數(shù)對飛機氣動特性的影響；文獻[17]計算評估大量外形方案性能，完成民用飛機與發(fā)動機集成構(gòu)型下機翼多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計；文獻[18]估算機翼下掛載吊艙對試驗飛機飛行品質(zhì)的影響；文獻[19]提出智能自適應(yīng)控制策略，并對波音747進行仿真，效果顯示能夠?qū)崿F(xiàn)強風(fēng)干擾影響下的大飛機姿態(tài)快速穩(wěn)定與快速機動。
雖然對大飛機的氣動特性研究較多，但是關(guān)于概念設(shè)計戰(zhàn)略大飛機，且加裝預(yù)警雷達天線后的氣動特性對比方面的研究，尚未搜到相關(guān)文獻；因此，筆者采用CFD技術(shù)，研究戰(zhàn)略大飛機的概念設(shè)計，并進行戰(zhàn)略運輸機和戰(zhàn)略預(yù)警機的氣動特性研究。
展開 中國神奇自主設(shè)計客機，可望拿下世界第一！用上了戰(zhàn)斗機氣動布局
近日，中國最先進氣動設(shè)計的民航客機，進行風(fēng)洞測試！
這一最新客機的縮比模型，展示出世界頂尖的該類別民航機氣動整體布局，讓人眼前一亮！
上圖就是中國航空工業(yè)氣動院設(shè)計的“靈雀B”大邊條翼身融合民航客機驗證機縮比模型。
它剛剛實施了首次風(fēng)洞自由飛試驗，在我國先進大尺寸風(fēng)洞中完成六自由度飛行試驗。試驗中該先進民航客機縮比模型的操縱性、穩(wěn)定性、飛行品質(zhì)得到了考驗。
大邊條、翼身融合，是現(xiàn)代戰(zhàn)斗機上極為出色的一種氣動整體布局，目前還沒有民航客機使用這一設(shè)計，假如中國能率先打造相關(guān)客機，將引領(lǐng)該領(lǐng)域世界潮流。邊條是機身機翼之間的延展過度結(jié)構(gòu)，它最大的優(yōu)點是可以產(chǎn)生有利的脫體渦，改善提高飛機氣動性能。
在歷史上，后掠翼或三角翼有著較好的高速性能，但低速性能很差，升阻比不理想。而在大迎角飛行時，常規(guī)布局的飛機容易失速，這扼制了機動性的改善。此外傳統(tǒng)布局橫側(cè)穩(wěn)定性不盡理想。
為克服后掠翼等傳統(tǒng)布局上述缺點，出現(xiàn)了大邊條翼設(shè)計，它能夠產(chǎn)生有利的脫體渦流，使得低速下、大迎角下仍有足夠升力。橫測穩(wěn)定性也有所改善。
此外，大邊條令飛機在相對高速飛行時，激波強度獲得降低，提高了機翼氣動效率，包括配平阻力減少大約20%。這對于進一步提高已經(jīng)接近音速的現(xiàn)代民航客機的速度，有明顯益處。
大邊條往往與翼身融合布局同時出現(xiàn)，即機翼和機身結(jié)構(gòu)采用漸進過渡，而不是傳統(tǒng)上突兀的簡單過渡。這有利于優(yōu)化整體氣動性能，同時也有利于增大內(nèi)部空間，翼身融合部位可安排油箱、設(shè)備艙等等。
展開 氣動布局這一設(shè)計，美軍B2轟炸機認(rèn)輸了
在這個方面，設(shè)計轟20的氣動布局和材料就尤為重要。
首先，轟20將采用翼身融合的常規(guī)氣動布局，轟20為什么會采用常規(guī)的氣動布局？這是因為我軍第一次自主研制大型轟炸機，之前只是仿制前蘇聯(lián)的轟炸機，沒有自主的設(shè)計理念和設(shè)計思想，因此，綜合考慮還是采用熟悉的穩(wěn)當(dāng)?shù)?em>設(shè)計為佳。但是也要在設(shè)計中大量應(yīng)用最新技術(shù)，比如翼身融合、電傳操縱、二次曲面機身設(shè)計、前后緣機動襟翼、機翼大型一體油箱等新技術(shù)。綜合考量的隱形設(shè)計。隱形設(shè)計的第一項就是翼身融合，這是在我國最近的戰(zhàn)斗機設(shè)計中已經(jīng)大量使用的技術(shù)，沒有什么困難。翼身融合的好處是整個機身與機體形成較好的曲面過渡，沒有造成雷達波反射的拐角和直面，大大減少被敵人發(fā)現(xiàn)的概率。
轟20大量使用碳纖維復(fù)合材料，現(xiàn)在評價一架飛機的先進與否的重要一條是使用了多少復(fù)合材料，我們的新轟八就是大量的使用了我國自己研制的碳-碳纖維復(fù)合材料制作機身結(jié)構(gòu)件。使用復(fù)合材料的好處是既減輕了機體的結(jié)構(gòu)重量，又可大大提升飛機的載油量和載彈量，也大大延伸了飛機的作戰(zhàn)航程。另外，使用復(fù)合材料也可容易實現(xiàn)飛機的隱形目的，同時轟20埋入式翼根發(fā)動機隱身技術(shù)。轟20型轟炸機采用了四臺‘太行’渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，使用左右各兩臺的布局，布置在翼根兩側(cè)。由于轟20采用了大翼面翼身融合設(shè)計，發(fā)動機緊貼翼根用埋入式方式固定在機翼上部。這樣做的好處是發(fā)動機進氣口在機翼前上部，很難被敵方探測到，出氣口在機翼后上部，發(fā)動機所散發(fā)的熱氣流經(jīng)過紅外抑制裝置作用，可大大減少被敵人紅外探測裝置發(fā)現(xiàn)的概率，實現(xiàn)一定程度的隱形目的。
轟20在武器系統(tǒng)方面，武器內(nèi)置掛架技術(shù)，由于這款飛機要求隱形性能和遠程導(dǎo)彈攻擊，因此，就必須采用內(nèi)置武器掛架。該飛機可以攜帶兩個轉(zhuǎn)輪式武器掛架，在機身中段分前后布置。
展開 
國外戰(zhàn)斗機總體氣動布局演變與發(fā)展趨勢淺析
1903年12月萊特兄弟成功試飛了第一架飛機“飛行者一號”，此后飛機經(jīng)歷了110多年的快速發(fā)展。戰(zhàn)斗機在第一次世界大戰(zhàn)后期由偵察機演變而來，并從此登上歷史舞臺，對制空權(quán)起到了關(guān)鍵性作用。隨著作戰(zhàn)模式的不斷演變，戰(zhàn)斗機設(shè)計要求不斷提高，加之各種理論與關(guān)鍵技術(shù)相繼突破，戰(zhàn)斗機綜合性能不斷提升，其總體氣動布局也隨之改變。
戰(zhàn)斗機總體氣動布局直接影響其飛行性能及作戰(zhàn)效能等。雖然現(xiàn)在歐美與俄羅斯等國采用其各自不同的五代或六代劃分法，但出于方便探討戰(zhàn)斗機氣動布局特點的目的，本文仍基于美國2006年之前的四代劃分法，對國外第一代到第四代戰(zhàn)斗機總體氣動布局演變進行歸納總結(jié)，并對未來戰(zhàn)斗機總體氣動布局進行初步預(yù)測。
01
戰(zhàn)斗機總體氣動布局演變
戰(zhàn)斗機劃代的根本依據(jù)是戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)模式的改變、技術(shù)的突破、性能的提升。
展開 基于實際工程的飛行器氣動設(shè)計與仿真
在飛行器氣動設(shè)計中總會遇到一些技術(shù)難點，本文無法給出大家實際遇到問題的解決方法。但想從以往實際工程中“捅破這層窗戶紙”的角度提供一些經(jīng)驗供大家參考，如果看完本文，您也感到“哦，原來如此”，就算達到了本文的目的。
本文是從氣動專業(yè)的角度，通過多年的設(shè)計、試驗、仿真經(jīng)驗，跟大家探討交流一下直接的體會感受。當(dāng)然，這些直接工程上的做法，并非作者一人之功，實來源于無數(shù)前輩及周圍優(yōu)秀同事，本文無法一一點到，望曾經(jīng)一起攻堅的戰(zhàn)友們見諒。
2. 跨速域飛行器的布局設(shè)計
空氣動力學(xué)將流動分為亞音速、跨音速、超音速及高超音速，無疑跨速域飛行器在氣動布局上考慮的因素更多，因此本文以典型跨速域飛行器：戰(zhàn)斗/偵察機及可復(fù)用火箭/飛船，展開方法的介紹及論述。
圖1 典型跨速域飛行器
2.1. 傳統(tǒng)跨速域飛機氣動布局指標(biāo)的提出
一個新構(gòu)型的氣動布局必然由需求牽引而出，大國之間軍事對峙的典型場景即為軍機之間的跟飛、纏斗，戰(zhàn)爭期間，先進戰(zhàn)斗機則直接意味著制空權(quán)。因此，戰(zhàn)斗機性能優(yōu)于對手的需求，在世界成為地球村之前是一直存在的，此即為推動戰(zhàn)斗機性能提升的動力。
一代空氣動力學(xué)理論的突破，一代戰(zhàn)斗機氣動布局的跨越。跨音速面積率的出現(xiàn)，使得戰(zhàn)斗機進入超音速時代；邊條渦升力理論，戰(zhàn)斗機具備了大迎角高機動能力。
圖2 戰(zhàn)斗機氣動布局的更迭
具有良好氣動布局外形的飛機通過不斷地更新發(fā)動機和記載設(shè)備可使其服役期延長幾十年，而這不僅僅限于軍用飛機。上世紀(jì)40年代的安2運輸機，其優(yōu)異的氣動布局，使得至今其仍具有蓬勃的生命力。因此，在飛機設(shè)計中，氣動布局設(shè)計，尤其是先進氣動布局設(shè)計占有極其重要的地位。
展開 飛機氣動效應(yīng)數(shù)據(jù)NEV測算
概述
由于飛機部件裝配、老化等原因，某些部件、舵面、氣動結(jié)構(gòu)之間的間隙和平齊度會發(fā)生變化，通常需要參考AMM或SRM檢查部件結(jié)構(gòu)性、功能性和氣動性structurally, functionally and aerodynamically acceptable to engineering.，其中氣動性主要指間隙和平齊度，并通過測算驗證氣動效應(yīng)值NEV是否在限制范圍NEL內(nèi)，或在可接受范圍內(nèi)（acceptable as is without any additional adjustments）。
光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計總體布局設(shè)計方法
一、 前言
光學(xué)系統(tǒng)，特別對一個比較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計初期就必須根據(jù)光學(xué)儀器總體要求利用光學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)元件，合理安排系統(tǒng)光路走向，完成光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計，然后才是光學(xué)系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，像差平衡以致適當(dāng)公差分配，最終獲得一個結(jié)果與性能俱佳的優(yōu)質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)。一個較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，往往不只是幾片簡單光學(xué)零件的組合，有時還可能是各種不同變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還會有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個子系統(tǒng)結(jié)合的多光路系統(tǒng)的融合，才能滿足光學(xué)儀器總體的多功能需求。OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計程序提供了一個具有特色的光學(xué)系統(tǒng)總體布局平臺，可以利用光學(xué)系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)元件合理布局構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)草圖，直接顯示并方便協(xié)調(diào)光線走向，實現(xiàn)光學(xué)原理，使得在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的初期完成光學(xué)系統(tǒng)總體布局初始設(shè)計，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結(jié)構(gòu)設(shè)計功能完成光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，為下一步光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量優(yōu)化及其他后期設(shè)計打下基礎(chǔ)。
圖1-1 一般光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計平臺界面
圖1-2 連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局（顯示凸輪曲線）界面
圖1-3 多光路光學(xué)系統(tǒng)總體組合布局界面
二、 光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計輸入
在進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計之前，首先需要明確總體對光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)要求，也稱為設(shè)計輸入?yún)?shù)，這些屬于整個光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。其中包括：光學(xué)系統(tǒng)的類型、系統(tǒng)目標(biāo)特性、系統(tǒng)像方特性、光學(xué)系統(tǒng)總體布局要求以及對光學(xué)系統(tǒng)通光量的要求等。
有了以上設(shè)計要求方能著手光學(xué)系統(tǒng)的方案設(shè)計。以往的這段工作都是由設(shè)計人員在紙面上構(gòu)思，反復(fù)進行光學(xué)系統(tǒng)總體勾畫，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計程序，有效地提供了初始方案草圖設(shè)計的平臺。
展開 雷達天線布局設(shè)計指南
事實上，角度維性能影響因素太多了，包括但不限于天線設(shè)計，天線布局設(shè)計，通道校準(zhǔn)與補償，角度自校準(zhǔn)，溫度影響補償，DoA算法等等，哪怕有一塊做得不夠透徹，都會成為雷達產(chǎn)品的短板。
這一期加餐聚焦于雷達布局設(shè)計。
既然講到布局，已經(jīng)默認(rèn)的前提是MIMO雷達，
我們本文講MIMO雷達的天線布局問題。
基本的，我們需要考慮3條原則
確定方位及俯仰功能（功能層面）；
確定方位及俯仰孔徑（性能層面）；
方位及俯仰無模糊；
功能層面得按功能定義，如果雷達需要俯仰維度，那布局設(shè)計中需要考慮用于俯仰測角的陣元。定義好功能，也就是確定雷達在角度維能干什么，是只能測方位角還是方位俯仰一鍋端。
確定好能干什么之后，下面就要考慮能不能干好的問題，也就是關(guān)注方位和俯仰的性能，那最佳的狀態(tài)就是：理論上±90度范圍內(nèi)無模糊測角，且在該范圍內(nèi)獲得方位及俯仰盡可能高的分辨率及精度。
當(dāng)然，這是美好的期望狀態(tài)，實際工程中幾乎是達不到的，不過也沒必要達到，因為在車載領(lǐng)域，我們還有一些不錯的合理假設(shè)幫我們做取舍，
方位角的性能重要程度要高于俯仰角；
俯仰角通常具有遠小于方位角的FoV；
對于第1條假設(shè)，給我們的啟示是，我們可以偏心得講更多的陣元資源（甚至全部陣列資源）導(dǎo)向方位維度，俯仰維度不愿意不開心也莫得辦法。
展開 【VirtualLab 】光導(dǎo)布局設(shè)計工具
為了幫助光學(xué)工程師設(shè)計這樣的系統(tǒng)，VirtualLab Fusion提供了幾個系統(tǒng)設(shè)計工具，將任務(wù)分解成一個受控的、循序漸進的過程。在這個用例中，我們演示了布局設(shè)計工具根據(jù)用戶的規(guī)格自動生成“Hololens 1”類型(線性光柵下的1D-1D孔徑擴張)系統(tǒng)的功能。
打開AR&VR布局設(shè)計計算器
?布局設(shè)計工具（Layout Design tool）是Light Guide Toolbox Gold Edition中的一個特殊計算器。
?它是在Start ribbon 主窗口的Light Guides部分初始化的。
展開 光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計方法
一、 前言
光學(xué)系統(tǒng)，特別對一個比較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計初期就必須根據(jù)光學(xué)儀器總體要求利用光學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)元件，合理安排系統(tǒng)光路走向，完成光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計，然后才是光學(xué)系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，像差平衡以致適當(dāng)公差分配，最終獲得一個結(jié)果與性能俱佳的優(yōu)質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)。一個較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，往往不只是幾片簡單光學(xué)零件的組合，有時還可能是各種不同變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還會有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個子系統(tǒng)結(jié)合的多光路系統(tǒng)的融合，才能滿足光學(xué)儀器總體的多功能需求。OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計程序提供了一個具有特色的光學(xué)系統(tǒng)總體布局平臺，可以利用光學(xué)系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)元件合理布局構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)草圖，直接顯示并方便協(xié)調(diào)光線走向，實現(xiàn)光學(xué)原理，使得在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的初期完成光學(xué)系統(tǒng)總體布局初始設(shè)計，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結(jié)構(gòu)設(shè)計功能完成光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，為下一步光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量優(yōu)化及其他后期設(shè)計打下基礎(chǔ)。
圖1-1 一般光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計平臺界面
圖1-2 連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局（顯示凸輪曲線）界面
圖1-3 多光路光學(xué)系統(tǒng)總體組合布局界面
二、 光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計輸入
在進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計之前，首先需要明確總體對光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)要求，也稱為設(shè)計輸入?yún)?shù)，這些屬于整個光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。其中包括：光學(xué)系統(tǒng)的類型、系統(tǒng)目標(biāo)特性、系統(tǒng)像方特性、光學(xué)系統(tǒng)總體布局要求以及對光學(xué)系統(tǒng)通光量的要求等。
有了以上設(shè)計要求方能著手光學(xué)系統(tǒng)的方案設(shè)計。以往的這段工作都是由設(shè)計人員在紙面上構(gòu)思，反復(fù)進行光學(xué)系統(tǒng)總體勾畫，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計程序，有效地提供了初始方案草圖設(shè)計的平臺。
展開 
光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計方法
一、 前言
光學(xué)系統(tǒng)，特別對一個比較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計初期就必須根據(jù)光學(xué)儀器總體要求利用光學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)元件，合理安排系統(tǒng)光路走向，完成光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計，然后才是光學(xué)系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，像差平衡以致適當(dāng)公差分配，最終獲得一個結(jié)果與性能俱佳的優(yōu)質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)。一個較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，往往不只是幾片簡單光學(xué)零件的組合，有時還可能是各種不同變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還會有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個子系統(tǒng)結(jié)合的多光路系統(tǒng)的融合，才能滿足光學(xué)儀器總體的多功能需求。OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計程序提供了一個具有特色的光學(xué)系統(tǒng)總體布局平臺，可以利用光學(xué)系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)元件合理布局構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)草圖，直接顯示并方便協(xié)調(diào)光線走向，實現(xiàn)光學(xué)原理，使得在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的初期完成光學(xué)系統(tǒng)總體布局初始設(shè)計，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結(jié)構(gòu)設(shè)計功能完成光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，為下一步光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量優(yōu)化及其他后期設(shè)計打下基礎(chǔ)。
圖1-1 一般光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計平臺界面
圖1-2 連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局（顯示凸輪曲線）界面
圖1-3 多光路光學(xué)系統(tǒng)總體組合布局界面
二、 光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計輸入
在進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計之前，首先需要明確總體對光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)要求，也稱為設(shè)計輸入?yún)?shù)，這些屬于整個光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。其中包括：光學(xué)系統(tǒng)的類型、系統(tǒng)目標(biāo)特性、系統(tǒng)像方特性、光學(xué)系統(tǒng)總體布局要求以及對光學(xué)系統(tǒng)通光量的要求等。
有了以上設(shè)計要求方能著手光學(xué)系統(tǒng)的方案設(shè)計。以往的這段工作都是由設(shè)計人員在紙面上構(gòu)思，反復(fù)進行光學(xué)系統(tǒng)總體勾畫，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計程序，有效地提供了初始方案草圖設(shè)計的平臺。
展開 光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計方法
一、前言
光學(xué)系統(tǒng)，特別對一個比較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計初期就必須根據(jù)光學(xué)儀器總體要求利用光學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)元件，合理安排系統(tǒng)光路走向，完成光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計，然后才是光學(xué)系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，像差平衡以致適當(dāng)公差分配，最終獲得一個結(jié)果與性能俱佳的優(yōu)質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)。一個較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，往往不只是幾片簡單光學(xué)零件的組合，有時還可能是各種不同變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還會有各種不同要求的多光譜，共軸或非共軸的多個子系統(tǒng)結(jié)合的多光路系統(tǒng)的融合，才能滿足光學(xué)儀器總體的多功能需求。OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計程序提供了一個具有特色的光學(xué)系統(tǒng)總體布局平臺，可以利用光學(xué)系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)元件合理布局構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)草圖，直接顯示并方便協(xié)調(diào)光線走向，實現(xiàn)光學(xué)原理，使得在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的初期完成光學(xué)系統(tǒng)總體布局初始設(shè)計，接著還可以利用OCAD程序的其他初始結(jié)構(gòu)設(shè)計功能完成光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，為下一步光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量優(yōu)化及其他后期設(shè)計打下基礎(chǔ)。
圖1-1 一般光學(xué)系統(tǒng)總體布局設(shè)計平臺界面
圖1-2 連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總體布局（顯示凸輪曲線）界面
圖1-3 多光路光學(xué)系統(tǒng)總體組合布局界面
二、光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計輸入
在進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計之前，首先需要明確總體對光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)要求，也稱為設(shè)計輸入?yún)?shù)，這些屬于整個光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。其中包括：光學(xué)系統(tǒng)的類型、系統(tǒng)目標(biāo)特性、系統(tǒng)像方特性、光學(xué)系統(tǒng)總體布局要求以及對光學(xué)系統(tǒng)通光量的要求等。
有了以上設(shè)計要求方能著手光學(xué)系統(tǒng)的方案設(shè)計。以往的這段工作都是由設(shè)計人員在紙面上構(gòu)思，反復(fù)進行光學(xué)系統(tǒng)總體勾畫，選擇最佳方案。目前有了OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計程序，有效地提供了初始方案草圖設(shè)計的平臺。
展開 機翼防冰布局方案設(shè)計
那么飛機設(shè)計人員是如何確定機翼的哪個地方需要安裝IPS的呢？
設(shè)計人員首先要知道機翼會結(jié)什么樣的冰，然后要獲取機翼結(jié)冰對飛機氣動特性的影響，再對比飛機氣動要求來布置機翼IPS。
整個過程說起來很簡單，但是所涉及工作繁多，需要大量的計算和試驗（結(jié)冰風(fēng)洞試驗、測力風(fēng)洞試驗）。下面從這個過程中需要的數(shù)值模擬方法方面給大家管中窺豹一下！
機翼會結(jié)什么樣的冰？
這個其實說來話長，長到適航規(guī)章專門用一個附錄C、一個附錄O來規(guī)定結(jié)冰的氣象條件。而飛機設(shè)計機構(gòu)還要給出每個飛行階段的飛行包線、狀態(tài)來定義飛行條件。設(shè)計人員需要通過計算、結(jié)冰風(fēng)洞試驗從上述條件中確定每個飛行階段對飛機氣動特性影響最惡劣的冰形。需要說明的是為了降低結(jié)冰風(fēng)洞試驗的堵塞堵，需要在進行結(jié)冰風(fēng)洞之前需要進行混合翼設(shè)計。同時為了試驗狀態(tài)在試驗設(shè)備的能力包線之內(nèi)，需要進行結(jié)冰試驗參數(shù)相似轉(zhuǎn)換。
冰形的計算（二維）
混合翼設(shè)計
冰風(fēng)洞試驗
機翼結(jié)冰對氣動特性的影響
飛機本身外形就特別復(fù)雜，流動就更復(fù)雜了。為了獲取飛機結(jié)冰前后的氣動特性，需要進行全機氣動力的計算。在計算前需要進行全機計算網(wǎng)格生成。全機計算網(wǎng)格生成一般分為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成。
展開 VirtualLab Fusion：光導(dǎo)布局設(shè)計工具
為了幫助光學(xué)工程師設(shè)計這樣的系統(tǒng)，VirtualLab Fusion提供了幾個系統(tǒng)設(shè)計工具，將任務(wù)分解成一個受控的、循序漸進的過程。在這個用例中，我們演示了布局設(shè)計工具根據(jù)用戶的規(guī)格自動生成“Hololens 1”類型(線性光柵下的1D-1D孔徑擴張)系統(tǒng)的功能。
打開AR&VR布局設(shè)計計算器
? 布局設(shè)計工具（Layout Design tool）是Light Guide Toolbox Gold Edition中的一個特殊計算器。
? 它是在Start ribbon 主窗口的Light Guides部分初始化的。
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