2012-飞机总体设计-11第十一讲 -经济性与环保性

飞机系航空科学与工程学院,飞机总体设计第十一讲,经济性与环保性分析,第十一讲 经济性与环保性分析,经济性分析的重要性 飞机全寿命周期成本 常用的经济性分析方法 环保性设计的意义与特点 环保性分析方法简介 维修性等需求的分析与验证方法,第十一讲 经济性与环保性分析,11.1 经济性分析的重要性,第一代军用飞机：性能要求：亚音速巡航；简单的武器；简单的电子设备。,F-86,MIG-15,价格：以F-86为例 ，单机价格40万美元。,第十一讲 经济性与环保性分析,第二代军用飞机：性能要求：突破“音障”；加强的武器 （第二代空空导弹）；加强的电子设备（具有拦射能力 的火控系统 ）。,MIG-21,F-104,F-4,价格：以F-104为例，单机价格160万美元。,11.1 经济性分析的重要性,第三代军用飞机：性能要求：大推重比；全向攻击；中低空跨音速机动性能;远程作战能力; 远距离探测。,F-15,Su-27,价格：以F-15为例，单机价格4287万美元。 （1991财年）,第十一讲 经济性与环保性分析,11.1 经济性分析的重要性,第四代军用飞机：性能要求：高隐身；高机动性；高可靠性和保障性；超音速巡航(不开加力 )；超视距攻击。,F-35,Su-47,价格：以F-35为例，单机价格1.38亿美元。 （2010财年）,11.1 经济性分析的重要性,第十一讲 经济性与环保性分析,第十一讲 经济性与环保性分析,研制一种干线飞机机型，要花20到50亿美元，用8到10年时间，而且要卖到300架以上，才能达到亏平衡。全世界现已研制的喷气式干线民用飞机中，75%尚未收回研制费用。,按1997年计：波音和麦道的研究开发费用22.6亿美元；联合技术公司投入11.8亿美元；法宇航公司投入12.8亿美元；英宇航公司4.9亿美元。,第十一讲 经济性与环保性分析,11.2 飞机全寿命周期成本,论证、研制、试验和鉴定费用(CRDTE)；生产采购费用(CACQ) ；使用维护费用(COPS) ；处置费用(CDISP) 。,寿命周期费用,飞机设计各阶段对寿命周期费用的影响,第十一讲 经济性与环保性分析,民/军机全寿命周期费用的不同,第十一讲 经济性与环保性分析,1）民机制造厂商付出的研制费将按计划生产架数分摊到各架飞机中，靠用户的购机费用逐步收回；而军机是政府投资研制，不存在投资回收问题。2）民机的采购费用中包含生产成本、研制费的摊销、销售及售后服务费、税金等，需在购机前进行投资分析与决策；而军用飞机的采购费用则包括生产成本、地面保障设备费用和备件费用。3）航空公司不仅要控制单机的使用费用，还需从机队构成、航班表、航线等方面进行分析，以求获得较好的营运效益。4）对于军机，处置费是个付出量；而对于民机，处置费则是一个收益量（一般可收回买价的10%）。,11.3 常用的经济性分析方法,第十一讲 经济性与环保性分析,（1）最常用的费用估算方法主要有：工程估算法、参数估算法和类比法。,工程估算法,利用工作分解结构（WBS）自下而上地进行费用估算。该方法在应用时必须先建立项目的WBS，逐步计算出单元费用数据，再逐级向上归并，最终估算出总费用。优点：准确度高，易于对项目进行分工操作；缺点：工作量大，需要大量的数据支持，且周期长。,应用约束：项目发展到一定阶段；工作分解结构已分级到一定层次；具有由丰富经验工作人员组成的工作小组；具备以前项目发展中积累的可比性费用数据。,第十一讲 经济性与环保性分析,参数估算法,利用汇集起来的用于具有类似用途的飞机的大量的现有费用数据，只采用少量的特征参数（如重量、速度等）回归出的一组费用-特征量关系式。,优点：计算直观方便、工作量小，能按决策要求迅速提交项目的经济参数；缺点：准确度不如工程估算法，一般能达到实际的70%左右。,应用约束：很难有一个参数模型适用于所有型号（座级）的飞机。为此，必须按“类”进行历史成本数据的回归，建立基于某“类”飞机的参数模型。,目前，使用最为广泛的是美国的RCAPRICE模型。,类比法,第十一讲 经济性与环保性分析,类比法是建立在与过去类似的工程项目进行比较，并根据经验加上修正而得出的费用估计。,类比方法：1）将正在研制的系统直接与具有同样功能特征的类似系统进行比较，并估算费用；2）将正在研制的系统与具有相同费用特征的不同系统进行比较，并估算费用。,应考虑的因素：不同的经济环境，技术、性能上的类似程度，特有的历史背景（合作研制、研制周期要求等）。,方法的选择：1）在概念阶段多用参数估算法和类比法；2）在方案阶段多是参数估算法和类比法并用，以便相互校核；3）在详细设计或工程研制阶段，主要是用工程估算法。,第十一讲 经济性与环保性分析,（2）民机的费用分析,第十一讲 经济性与环保性分析,民机的研制费用分析：,第十一讲 经济性与环保性分析,（2）民机的费用分析,民机的生产费用分析：,民机的价格：,民机的使用费用：,第十一讲 经济性与环保性分析,（2）民机的费用分析,投资回收期：,投资利润率：,盈亏平衡点产量：,11.4 环保性设计的意义与特点,第十一讲 经济性与环保性分析,欧盟研究表明，航空器在8-13km的巡航高度运行时所排放的尾气主要包括二氧化碳、氮氧化物、水蒸气、碳氢化合物、一氧化碳、硫氧化物和碳的微小颗粒。这些气体将导致大气的温室效应，进而影响全球气候的变化。,第十一讲 经济性与环保性分析,ACARE(Advisory Council for Aerospace Research in Europe)要求欧洲航空交通业界在2020年相关技术达到满足以下环保标准：通过减少燃油消耗，减少50%的二氧化碳排放量；氮氧化物的排放量减少80%；外部噪声减少50%；绿色的产品生命周期：设计、制造、维护和销毁或回收。,第十一讲 经济性与环保性分析,欧盟委员会于2005年9月27日向欧盟理事会、欧洲议会、欧洲经济社会委员会和地区委员会提出一项政策性文件降低航空对气候变化的影响。2006年11月20日起草了航空减排的立法建议建议修改欧盟2003/87/EC号指令，制定包括航空活动在内的温室气体排放许可交易体系。,改善环保性的措施,第十一讲 经济性与环保性分析,1）提高发动机的设计水平；2）减轻飞机的总重；3）优化飞机的总体布局；4）通过对飞机在启动、滑出、起飞、爬升、巡航、下降、着陆、滑进、地面状态9个阶段的排放物进行合理评估，可对飞机总体布局设计和发动机设计中的环保性要求提供明确指导，进而有效降低飞机的排放；5）降低飞机制造过程中的各种能耗和废物排放。,空中客车公司为自己的制造活动设立了宏伟的目标：将能耗降低30%；将二氧化碳排放减少50%；将溶剂排放减少50%；,将水的消耗量降低50%；将废水的排放量降低80%；将产生的废物减少50%。,11.5 环保性分析方法简介,第十一讲 经济性与环保性分析,飞机噪音的估算方法机身部件噪音的估算机体其他部件噪音的估算,第十一讲 经济性与环保性分析,对于飞机排放物的评估主要从两个方面进行：1）巡航状态的污染气体排放情况评估；2）机场地面级别的污染气体排放量及排放影响评估。,飞机排放物的估算方法,第十一讲 经济性与环保性分析,巡航状态时，NOx的排放系数与巡航高度成二阶线性关系：,其中CRALT表示飞机巡航高度，单位为100ft，b0、b1、b2表示经验系数。,第十一讲 经济性与环保性分析,下降阶段，NOx的排放系数与巡航高度成三阶线性关系，具体公式如下：,CO、CH的排放系数与巡航高度成反比，具体公式如下：,11.6 维修性等需求的分析与验证方法,第十一讲 经济性与环保性分析,（1）可靠性分析与验证方法,产品的可靠度，实质上是它工作到t时刻不发生故障的概率，可表示为：,平均故障间隔时间：在规定的条件和时间内，产品的寿命单位总数和故障产品总数之比：,故障分类,第十一讲 经济性与环保性分析,制定相应的对策和纠正措施；明确系统中的关键部件。,验证方法,第十一讲 经济性与环保性分析,针对不同的部件，相应的可靠性验证方法如下表所示：,第十一讲 经济性与环保性分析,（2）维修性分析与验证方法,产品的维修度度，实质上是它到t时刻能够被修复的概率，可表示为：,平均修复时间：在规定的条件和时间内，产品在任一规定的维修级别上，修复性维修总时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。,维修性分级,第十一讲 经济性与环保性分析,一般按照产品维修时所处的场所划分等级：外场级（基层级）、野战级（中继级）、后方级（基地级）。分级处理的优点：,第十一讲 经济性与环保性分析,验证方