动力装置集成，也称飞机/发动机一体化设计工作，是将发动机、短舱、吊挂与飞机机翼一起经过权衡分析、设计优化和反复迭代，最终从整机角度得到最优化动力装置装机构型的设计与装配过程，其技术水平直接影响着飞机整机性能指标的实现。

　　飞发一体化从本质上讲是一个妥协和折中的设计过程，既不追求短舱与吊挂等部件独立最佳的气动特性，也不强调结构设计中过多的强度裕度和操作空间，而是在各部件设计与系统集成之间寻求折中，使每个部件与全机系统的约束边界尽量得到满足。

　　减少燃油消耗 节约运营成本 一体化受到飞机制造商青睐

图为飞发一体化工作直接干系人。

　　飞发一体化的主旨为在满足飞机系统需求、操稳特性、结构强度和安装尺寸等约束下寻找可实现气动阻力最小的短舱-吊挂-机翼联接构型。从发动机选型开始，该工作综合了短舱与吊挂设计、气动弹性分析、载荷振动计算、机体噪声预估等环节，最终通过不同短舱装机位置飞机气动阻力计算和风洞试验来得到动力装置最优装机构型。

　　民用飞机飞发一体化程度的高低，对飞机的运营经济性有着直接影响。经过全面优化的飞机/发动机一体化设计，可以降低飞机整机气动阻力约2～4%，从而极大地减少飞机燃油消耗，节约航空公司运营成本。以A340飞机为例，当其气动阻力降低1%时，便意味着可增加800公斤旅客商载，或节省约300多万元年度使用成本。

　　由此可知，飞发一体化就可为航空公司带来近千万元的额外年度收益。此外，通过动力装置集成构型优化也能满足国际民航组织（ICAO）对于飞机现有噪声适航规定以及欧洲典型机场“噪声定额（QC）”系统的强制要求。因此，对于世界上各大飞机制造商而言，飞发一体化技术一直被视为其核心竞争能力。

　　在飞发一体化工作的设计考虑中，飞机制造商、发动机制造商、适航审定当局、航空公司和机场运营方都提出了不同方面的诉求。其中，飞机制造商负责发动机、短舱的选型与系统级安全分析，发动机制造商提供产品的采购、维修和适航取证支持策略，适航审定局方对特定功能颁发许可，机场则提出噪声和排放方面的附加运营要求。作为产品链的核心环节，航空公司则通过付出购机款享受包括动力装置集成优化在内的众多先进技术给飞机产品带来的经济效益。

　　存在空间约束 一体化没那么简单

图为发动机选型影响因素。

　　在飞发一体化工作中，短舱与吊挂在机翼上的位置受到多个安装参数的制约，其最终结果是发动机运行要求、气动阻力、结构重量等因素的综合折中。短舱与机翼相对位置和角度的选取需要考虑起落架布置、离地间隙、前起折断保护、侧风起降、发动机溅水等因素，并采用前伸量、下沉量、内偏角、上偏角和最小离地间隙等参数对短舱展向、轴向、纵向位置和相对角度进行描述。历史经验表明，双发飞机发动机短舱通常位于32-38%机翼半展长处，当安装位置外移时，有利于降低翼根弯矩，提高离地间隙，但偏航力矩增大，将会影响空中、地面和着陆进场最小操作速度的选取。

　　短舱最大直径位置是满足该部件最小离地间隙要求的临界位置。在飞机实际运行中，跑道路面的指示灯最大高度约为15英寸（381毫米），通常机翼下翼面需要再增加3英寸（76.2毫米）裕度，即18英寸（457.2毫米）为短舱最小离地间隙要求。当考虑到飞机地面滑跑时一旦出现前起落架失效情况，需要保证此时短舱不与地面接触，以降低摩擦起火的可能性。短舱内侧安装位置的选取需要考虑飞机在积水道面的溅水特性，通常可选择最大着陆重量与进场速度情况下、特定跑道积水高度时的着陆情况来进行适航验证。经验表明，以前起落架接地点为顶点，22°溅水角范围内不适宜短舱安装，当短舱不可避免需要安装在这一范围内时，需要和发动机制造商确定备选发动机在吞水情况下的喘振裕度和地面慢车时燃烧室熄火裕度，以保证飞机顺利通过溅水试验。

　　在发动机外侧展向位置和下沉量的选择中，另一个考虑因素为飞机的侧风起降要求是否得到满足。根据CCAR-25部要求，运输类飞机应具备在不超过25节的侧风情况下起降的能力，而短舱安装位置的外移有利于实现更高的侧风要求。短舱安装前伸量和最内侧展向位置的选取还需要确保货舱门、应急滑梯在释放时不会和短舱前缘发生干涉，同时要保证足够的起落架存储空间。随着现代发动机涵道比和风扇直径的不断增大，短舱直径和长度相应增加，在满足一定短舱后缘位置范围的前提下，如何保证应急滑梯具备足够的释放空间成为了设计者需要思考的问题。此外，短舱布置需要保证地面进行发动机更换时给拖车预留足够操作间隙，并在过站时留给勤务车充足操纵空间，否则容易造成对翼根整流包或短舱前缘部位的损伤。

　　除了上述短舱装机约束之外，在有限的吊挂结构空间内预留出液压管路、引气管路、电缆、发动机预冷器等部件的安装位置也是需要提早完成的工作。当短舱前深量较大、下沉量较小时，吊挂往往处于最小临界强度状态，此时发动机在机翼上的安装位置对载荷传递和机翼静气弹特性有着较大影响。经验表明，机翼静气弹特性对短舱前伸量的变化较为敏感，选择较小的前伸量有助于改善气弹特性。

　　为国产大飞机C919提供技术支撑

图为北研中心飞发一体化项目初步构型。

　　随着C919飞机进入技术攻关阶段，动力装置集成领域出现的挑战愈发凸显。为彻底掌握飞机/发动机集成设计的关键技术，并为未来新型号在该技术领域的工作奠定基础，中国商飞北京民用飞机技术研究中心在2014年启动“飞机/发动机系统集成与一体化验证技术”（简称飞发一体化）研究项目，旨在通过开展动力装置部件设计和一体化集成研究，掌握短舱、吊挂部件的设计方法，并走通动力装置集成优化的设计流程，最终建立飞机/发动机一体化集成设计体系。

　　飞发一体化项目结合备选发动机方案进行短舱设计和安装优化模拟，所遵循的原则是依据飞机设计目标和适航要求，贯彻飞机/发动机一体化气动、结构、性能、维修等思想，进行推进系统与全机的综合影响分析，以工程经验验证所提方案的可行性和优越性。该项目研究从未来新型号发动机选型工作开始，以此为基点展开短舱、吊挂的部件设计，在发动机、短舱和吊挂构型确定后进行动力系统的全机级耦合与优化工作，并对该系统的噪声表现进行预测和验证。

　　2015年初，飞发一体化项目得到了中国商飞公司的正式批准。当前，项目已经完成相关发动机选型原则、短舱与吊挂结构设计适航要求、吊挂后整流罩总体方案等前期技术准备工作，正在进行短舱与吊挂的结构概念设计，在气动、结构与声学等各专业的反复迭代中探索着上述部件的优化构型。

　　飞机/发动机一体化集成设计工作涉及到发动机、结构、气动、声学等多部件与学科专业的并行协调。为进一步吸收国际先进设计理念和制造经验，飞发一体化项目组积极同美国GE公司、UTC公司、加拿大庞巴迪公司等国际民机与发动机制造业先进企业展开深入合作，采取资源与技术成果共享、风险共担的形式形成各专业领域的不同联合设计团队共同参与研究工作。比如，在短舱与吊挂部件的结构设计中，由GE公司中国工程团队与北研中心工程人员组成的联合设计组已经展开了结构概念方案制定工作；短舱层流设计技术与验证环节中同庞巴迪公司共同进行的风洞试验技术合作也已经被列入规划。

　　此外，飞发一体化对于飞机整机设计指标的实现有着决定性影响。发动机需求研究中，项目组一直同英国罗罗公司、美国GE公司保持着紧密沟通，并就相关技术可靠度与产品研制进展随时交换意见。同世界航空知名企业的联合设计工作，既是该项目对外合作工作的主导思想与亮点，也是飞发一体化技术成果同工程实际紧密结合的渠道保障。同时，也将为项目的最终产出满足技术先进性与民机适航要求奠定坚实基础。

　　【延伸阅读】

飞发一体化发展的历史经验

　　历史经验表明，飞发一体化（动力装置集成设计）对于飞机整机设计指标的实现有着决定性影响。

图为Convair 990飞机。

图为波音747-2R7F/SCD型全货机。

图为A380飞机。

图为B787飞机。

　　1962年，在美国通用动力公司Convair 990飞机（图1）的研制过程中，先前一系列的飞行试验表明飞机的巡航性能偏离了设计目标，并因此险些造成整个项目无法继续施行。经过重新对机翼/发动机集成优化设计以后，才使飞机实现了预期的性能指标。

　　在1991-1992年间，由于发动机在飞行中意外脱落，两架波音747飞机坠毁，其中一架为波音747-2R7F/SCD型全货机（图2）。针对于此，美国联邦航空管理局（FAA）1995年6月颁发适航指令强制要求对涉及机型的吊挂结构进行设计更改。此次整顿共涉及1000余架B747飞机。

　　2000年，A380飞机（图3）的启动用户提出了需要飞机满足QC/2起飞噪声等级的机场运行要求，这一要求进一步延长了A380飞机研制进度。

　　当前，以波音、空客为代表的民机制造商越来越重视动力装置集成设计与制造环节，对于短舱、吊挂等部件的制造理念已经由供应商外包策略转为主制造商-供应商联合工作模式，并在项目启动伊始便全面掌控从部件接口设计到一体化集成的整条流程。比如，当前最为先进的主流宽体客机B787（图4）与A350 XWB的短舱和吊挂部件便由飞机制造商为主设计完成。