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　　回顾20世纪70年代至今，航空结构分析系统HAJIF系列软件的成功开发历程，总结坚持自主CAE软件开发的经验和教训，根据当前航空工业的需求和CAE技术的发展趋势，提出创建航空自主CAE软件产业的思路和建议．

　　1 航空自主CAE软件的发展历程

　　1．1拓展航空结构有限元分析软件

　　1975年，在原三机部领导支持下，中国飞机强度研究所副所长冯钟越先生在西安主持召开三机部第1届结构强度计算机应用交流会．会上决定成立由中国飞机强度研究所、631所、605所和628所等4个航空研究所组成的联合课题组，开发通用有限元程序系统，定名为“航空结构分析系统”，代号为HAJIF．

　　1976--1979年，联合课题组开发成功航空结构线性分析有限元程序系统HAJIF—Ⅰ．这是我国航空领域第1个大型结构分析系统．利用HAJIF-Ⅰ已完成多个在研型号的全机或部件的应力分析，大大推动CAE技术在航空工业中的应用．该系统获航空工业部一等奖，国防科工委一等奖，国家科技进步二等奖．

　　1980--1981年，成功研制航空结构动力分析系统HAJIF—Ⅱ．这是我国航空领域第1个大型结构动力分析系统．HAJIF—Ⅱ的固有动力特性计算方法先进、可靠，曾解决J8等型号的颤振分析问题，至今仍在飞机设计中应用．该系统获航空工业部二等奖，并与HAJIF—I合并，获国家科技进步二等奖．

　　1979--1982年，成功研制飞机结构多约束优化设计系统YIDOYU．这是我国航空领域第1个飞机结构优化设计系统，增强了在有限元基础上的优化设计能力，YIDOYU的机翼模型数据生成能力强且简单、实用．该系统获航空工业部一等奖，并获国家科技进步二等奖．

　　1981—1985年，成功开发我国第1个大型通用结构非线性分析系统HAJIF一Ⅲ．该系统的非线性求解策略先进，解决了轰炸机机翼弹塑性和稳定性分析问题，为设计提供依据；达到当时同类系统的国际先进水平，获国家科技进步一等奖．

　　1989年，在动强度设计矛盾突出的情况下，成功开发“飞机结构振动环境预计系统VEP”，该系统获国家科技进步二等奖．

　　1992年，随着复合材料日益得到应用，成功开发“复合材料结构分析与优化系统COMPASS”．该系统在复合材料翼面结构综合设计方面能力强，具有多学科优化设计功能，在多个型号研制中得到应用，获航空工业部科技进步二等奖．

　　1990--1995年，成功研制大型通用有限元结构分析程序系统HAJIF(x)．该系统可对结构进行静力线性和非线性分析、固有特性分析、动力响应分析、热传导分析、声响分析、流固耦合分析、复合材料分析以及多级超单元分析．HAJIF(x)于1995年12月通过中国航空工业总公司组织的专家评审，已应用于多个飞机型号的结构分析，于1996年获中国航空工业总公司科学技术进步二等奖．

　　20世纪80年代初，在认识到系统集成的重要性后，航空工业部组织力量，以西门子7760计算机为平台，建立7760 CAD／CAE／CAM系统，首次完成系统集成尝试．1986--1995年，以IBM 4341为平台，开发出初具规模的CAD／CAE／CAM集成系统——CIEM系统，集成总体、气动力、结构强度、气动弹性和CAM几个专业的应用程序．该系统获航空工业部一等奖，并获国家科技进步二等奖．

　　经过这十几年的努力，联合课题组研制与开发成功一系列结构分析与优化设计应用软件．这些软件在功能、软件技术及解决问题能力等方面均居国内领先地位，某些方面达到或接近当时的国际先进水平，形成国内具有自主知识产权的航空结构分析与优化设计软件，获航空工业部和国家多项科技进步奖，已在航空、航天及民用工程项目中发挥重要作用(见图1)，打破国外在CAE软件行业的垄断和对中国的封锁，使国外软件由有限制的高价租用逐步转为放开销售．更重要的是培养和形成1支计算力学研究与软件开发的过硬队伍，为进一步发展航空自主CAE软件奠定良好基础．

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　　图1 HAJIF系列软件的应用

　　1．2夹缝中求得特色发展

　　从20世纪90年代开始，大批国外软件涌人中国市场，各航空厂所均根据应用需求，购人多种商用CAE软件，如MSC Nastran，ANSYS，ABAQUS和Marc等．这在一定程度上满足飞机设计需求，推动CAE软件在航空工业中的应用，但这些软件价格昂贵并有一些使用限制，而且严重影响自主CAE软件的开发进程．有段时间几乎听不到开发自主CAE软件的声音，相关管理部门支持国产软件发展的力度也大幅下降．自主CAE软件的开发在人力、财力和物力上都遇到很多困难，其发展举步维艰．尽管如此，HAJIF仍没有退缩，坚持高举自主创新大旗朝前走!在中国飞机强度研究所，仍有1支充满活力的科研队伍，本着“面向设计、结合试验、突出专用”的发展思路，在竞争中求生存，在应用中求发展，不断发展壮大航空业拥有自主知识产权的CAE软件．

　　(1)“面向设计”，将优化设计软件品牌做大做强．以服务于型号设计为宗旨，在COMPASS基础上，与飞机设计所紧密合作，增加功能、增强多层次优化能力，解决不同设计阶段的工程需求．

　　首先，增加翼面结构快速建模功能，开发并集成飞机翼面结构有限元快速建模软件模块QuickFEM．该模块根据机翼的结构特性，快速建立结构布局平面图；根据展向的翼型布置和平面网格，能快速生成结构的三维坐标；自动生成结构静力、振动、颤振、静弹、分析及满应力优化数据文件，其建模效率已得到设计部门的认可和广泛应用．

　　自1993年COMPASS投入运行以来，一直有专门小组对其进行维护和推广应用．在开发QuickFEM的同时，按照飞机设计所的需要，开发出与MSC Patran和MSC Nastran商用软件的数据接口；建立新的用户界面，开发专用程序，实现颤振、静弹和优化数据的自动生成，改善前后置处理功能；增加满应力设计模块，包括应变能二次优化、层板铺层均衡设计以及杆与板的稳定性计算等功能．这使COMPASS成为具有22条固定流程、可进行带外挂翼面(复合材料和金属)结构分析(含静力、动力、静弹和颤振等)、满足结构静强度(应力／应变、位移和稳定)约束的满应力设计及符合静力、动力和气动弹性要求的多约束优化设计(含气动弹性剪裁功能)软件．近年来，相继推出多个微机版本，广泛应用于飞机结构初步设计和详细设计，成功用于航空和航天部门的十几个型号工程项目中，成为这些部门设计工程师的适用工具和得力助手．

　　(2)“结合试验”，将开发计算机辅助结构试验软件和试验仿真软件作为新的突破口，以辅助飞机结构强度试验设计．

　　①计算机辅助结构试验CATAS．该系统主要功能包括计算机辅助试验方案设计、试验加载系统设计、结构响应分析以及试验与分析相关性评估等．CATAS主要用于飞机全尺寸结构静力试验，通过计算机辅助设计缩短试验周期、提高试验质量；通过计算与测量结果一致性评估，为飞机结构强度给出计算与试验结合的全面评价，为飞机结构改进和改型提出建议．

　　②飞机结构强度虚拟试验系统．21世纪以来，开展全尺寸飞机结构强度虚拟试验基础技术研究．该项目采用计算结构技术和计算机仿真技术，开展飞机结构强度积木式虚拟试验技术和方法研究．通过虚拟试验环境(实验室)，静强度、动强度、热强度、耐久性和损伤容限虚拟试验流程和试验数据库的建立，以及虚拟测试、试验与分析评估等模块的集成开发，建成飞机结构强度虚拟试验总体平台(其框架见图2)，形成全尺寸飞机结构强度全过程的试验仿真能力，达到缩短飞机结构强度验证试验周期、减少验证试验项目、降低成本、提高飞机结构分析质量和强度验证试验水平的目标．

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　　图2 飞机结构强度虚拟试验总体平台框架

　　目前建立的飞机结构强度试验数据库包括元件特性试验数据库、飞机壁板稳定性试验数据库、全机静力或疲劳试验数据库以及起落架落震或摆振试验数据库；建立静强度、动强度、热强度、耐久性和损伤容限虚拟试验流程，并在型号试验中得到考核与应用，见图3和4．

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　　图3全尺寸飞机全机静力虚拟实验

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　　图4起落架摆振虚拟实验

　　(3)“突出专用”，开发适用于飞机结构设计和分析的专用软件．在国外软件的冲击面前，按照“有所为，有所不为”的指导思想，根据国内航空业需求开发专用软件．针对飞机设计过程，不求大而全、但求专而精，提供一系列专用软件并得到广泛应用．

　　①飞机结构强度分析软件STRANAS．针对结构分析后的强度评估问题，中国飞机强度研究所以MSC Patran平台开发出STRANAS．开发中采用具有大量试验数据依据的结构强度工程分析方法，建立STRANAS强度分析方法库；系统集成开发材料库和型材剖面特性库，为快速有限元建模和强度分析提供数据库；集成HAJIF和MSC Nastran等有限元分析程序系统，所得飞机结构总体应力分析结果直接作为STRANAS完成强度分析的基础数据．因此，STRANAS的开发成功可实现飞机结构强度校核程序化与飞机结构总体分析一细节强度校核一体化，为广大飞机结构强度分析工程师提供方便、可靠而有效的分析工具．该软件在型号设计和强度分析中得到应用．

　　②飞机结构耐久性和损伤容限及可靠性分析系统ADDRAS．该系统以国内航空工业常用的结构耐久性和损伤容限分析方法为基础，以大量结构试验数据为支撑开发，适用于飞机设计、生产、试验和使用各环节，满足国军标要求的先进的军用飞机耐久性和损伤容限评估体系．ADDRAS能以EIFS和DFR法为中心，适当顾及其他耐久性分析方法，具有一定程度的智能化再设计功能，分析数据可自动生成，后置处理与耐久性分析报告要求相一致，满足飞机设计可能用到的材料与结构形式的需要，数据库具有查询、打印和修改功能，数据库与分析系统能方便连接，便于数据调用．

　　目前，ADDRAS已被广泛用于军、民机结构的疲劳普查以及结构细节的耐久性和损伤容限评定，同时在一些民用项目中得到推广应用．

　　③飞机着陆和滑跑载荷优化设计系统ALTLAS．该软件是起落架着陆、滑跑和刹车动载荷分析及综合性能优化设计的专业软件，主要功能有：起落架缓冲器参数识别；起落架着陆载荷分析；起落架滑跑载荷分析；起落架着陆和滑跑载荷多目标优化；起落架落震试验仿真系统动力学模拟；全机对称着陆和滑跑载荷分析；全机非对称着陆和滑跑载荷分析．ALTIAS是目前国内飞机设计所普遍采用的起落架缓冲性能数值仿真软件，已被成功应用于10余个型号起落架的研制或改型设计．

　　④飞机结构三维温度场分析软件ASTSA．ASTSA是自主研发的飞机结构三维温度场分析专业软件，主要解决离散结构温度场分析问题．利用它可以求解连续体或离散结构的稳态、瞬态、线性及非线性温度场．该软件具有丰富的单元库，涵盖多种边界条件，具有齐全的热分析功能．ASTSA不仅有专门的接触热阻单元，还有配套使用的飞机典型组合结构接触热阻参数库，并开发气动和温度场耦合分析功能，具有基于MSC Patran平台的前后置处理系统．该软件已被广泛应用于航空和航天部门的热结构设计，并成功解决航空和航天部门的多个飞行器结构热分析问题．