飞机设计是指利用数字化设计与工程分析技术，对飞机的总体布局、气动外形、机体结构及机载系统进行设计与优化的过程。设计过程中需要综合考虑气动性能、结构强度、重量、空间布局及飞行性能等因素，广泛应用于民用飞机、军用飞机、无人机及航空航天装备等领域，是飞机研发的重要基础。
飞机设计软件通常覆盖三维建模、曲面设计、气动分析、结构设计、系统设计及多学科协同等环节，可支持从总体方案到详细设计的数据管理与工程协作。通过数字化设计与仿真，工程师能够优化飞机布局与结构方案，提前发现设计问题，提高研发效率，并减少实物试制与验证成本。
一架现代客机有上百万个零件，背后是一条庞大的数字化工具链。从外形建模到气动仿真，从结构分析到系统架构，从电气线束到航电软件认证——每个环节都有专门的软件在支撑。
有的长期服务于飞机和航空发动机设计，有的从通用工程软件发展而来；有的解决几何与装配问题，有的负责流体、结构等物理仿真，还有一些则深入到系统架构、电气工程和安全关键软件开发。
本期，基于软服之家软件库，我们整理了多款在航空设计领域有代表性的软件。一起来看看它们分别解决什么问题，又各自有哪些特点。
CATIA 是 Dassault Systèmes 的旗舰三维设计平台，也是航空航天领域使用广泛的CAD软件之一。
它的起源和航空直接相关。1981年，达索航空的一支工程师团队分拆成立了达索系统，最初就是围绕航空航天等复杂产品的设计需求发展CATIA，后来逐渐扩展到汽车、船舶、工业设备等领域。
在飞机设计中，CATIA主要用于复杂曲面建模、结构设计、管路和线束布置以及多专业协同装配。飞机外形涉及机翼曲面、机身截面、发动机短舱等大量复杂几何，这类自由曲面精度要求很高，CATIA做了几十年，积累确实比较深，也是它的强项。
波音和空客的几个主力机型也体现了这一点。波音用CATIA做了777、787，空客则在A350 XWB项目中用CATIA进行结构、管路系统、复合材料零件和电气系统等方面的设计。
另外，达索航空本身长期从事战斗机和猎鹰公务机研发，CATIA也一直延续着深厚的航空工业背景。这种出身让它对航空设计的实际需求理解得更自然，用起来会顺手一些。
Siemens Digital Industries Software 西门子数字化工业软件
NX（Designcenter） 是西门子旗下的高端三维 CAD/CAM 平台，其产品前身可以追溯到 Unigraphics（UG）体系，2007年被西门子收购后整合进数字工业软件产品线。
在飞机设计中，NX主要用来做结构件设计、复合材料铺层、管路布置和装配建模。
它的一大特点是设计与制造环节衔接得比较紧，三维设计做完，同一套数据可以直接做数控编程和制造仿真，减少设计与制造之间的数据转换和重复工作。
航空发动机领域尤其能看到这套体系的应用。德国航空发动机制造商MTU Aero Engines就采用NX了进行发动机零部件的CAD/CAM设计。
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Ansys Fluent 是 Ansys 旗下的 CFD（计算流体力学）软件，在航空领域的应用集中在气动分析。
飞机能不能高效飞行，升力够不够、阻力大不大、压力分布好不好，都可以通过 CFD 进行评估。
Fluent 最突出的特点是求解器种类多、物理模型覆盖面广。从常规外部气动，到复杂湍流、转捩，以及激波与边界层相互作用等问题，都有相应的求解和建模能力。
例如，莱昂纳多直升机就使用Fluent开展直升机气动分析，将整机外部流场纳入仿真流程，并针对不同飞行状态研究气动性能。
除了气动分析，Fluent还可以做飞行积冰仿真、气动声学预测、发动机进气道流场，以及航电设备散热分析。在航空领域覆盖的物理场景比较广。
Siemens Digital Industries Software 西门子数字化工业软件
STAR-CCM+ 是西门子 Simcenter 产品线下的 CFD 软件，最初由 CD-adapco 开发，2016年被西门子收购后纳入数字工业软件组合。
在航空领域，STAR-CCM+覆盖气动、热流体、多相流以及多物理场耦合等场景。如油箱内燃油晃动属于典型的多相流问题，航电设备液冷则涉及流动与传热的耦合，这些都可以放在同一套仿真环境中分析。
它在航空适航相关分析中也有实际应用。TLG Aerospace使用STAR-CCM+生成用于载荷、颤振和操稳品质分析的气动数据，并通过试验进行验证，为适航符合性工作提供支持。
空客也曾使用 STAR-CCM+ 对 A320 引气系统进行设计方案探索，同时评估大量设计方案。
对于这类需要同时考虑流动、传热和系统方案的工程问题，STAR-CCM+的多物理场和参数化分析能力比较有优势。
CST Studio Suite 是达索系统 SIMULIA 旗下的电磁场仿真软件，2016年被达索系统收购后，将其纳入 SIMULIA 产品体系。
在飞机研发中，CST 主要关注机载电子系统所处的电磁环境。天线安装在机身之后，周围的机体结构、其他天线以及线束都会影响它的工作性能；飞机遭遇雷击、高强度辐射场（HIRF）等电磁环境时，电磁能量的传播和耦合也需要进行分析，这些都属于 CST 比较典型的应用场景。
它的特点是提供多种电磁求解器，可以覆盖不同频段、不同尺度的电磁问题，从单个天线设计到整机天线装机性能、天线之间的干扰，以及雷击和电磁环境效应，都可以纳入同一套仿真流程。对于飞机这种结构复杂、电子设备密集的产品，这种多尺度、多物理电磁分析能力比较有价值。
在航空航天领域，Airbus Defence and Space 曾使用 CST Studio Suite 进行航天器天线布局和 RF 通信相关分析，工程师通过仿真验证通信系统的射频性能，并评估不同设备之间的电磁兼容要求。
Nastran 由NASA在20世纪60年代开发，后来逐渐发展成为通用结构分析程序，1971年由MSC进行商业化。
之后 MSC Software 在2017年被瑞典 Hexagon 收购，2026年2月又随 Hexagon 设计与工程业务一起被 Cadence 收购。
在飞机设计中，Nastran 主要用于静强度分析、动力学分析、屈曲分析和气动弹性分析。飞机结构研发涉及大量有限元分析任务，从应力和变形，到振动特性、结构稳定性，再到颤振等气动弹性问题，都属于Nastran长期覆盖的领域。
Nastran在航空结构分析领域已经积累了几十年的工程应用基础，至今仍广泛用于飞机结构的静力、动力、稳定性和气动弹性分析。
Abaqus 是达索系统 SIMULIA 品牌下的有限元分析软件，2005年被达索系统收购。
它在非线性、接触、材料本构、复合材料和显式动力学等复杂问题上积累深厚。在航空结构研发中经常用于复杂非线性和瞬态工况。
鸟撞就是一个典型场景，高速飞行过程中，鸟体撞击机翼前缘会产生大变形、接触、高速冲击以及材料损伤等复杂现象，这类问题通常需要显式动力学方法进行分析，Abaqus正适合处理这类瞬态冲击问题。
复合材料分层、损伤和断裂分析也是 Abaqus 的典型应用。现代客机大量采用复合材料结构，也让这些材料行为分析成为飞机结构研发中的重要环节。
空客曾将Abaqus作为飞机结构静态非线性有限元分析的首选工具，并将其用于A380结构虚拟试验以及后续飞机结构分析。
CATIA Magic 源自 No Magic 的系统工程和建模产品体系，No Magic 于2018年被达索系统收购后，这套技术逐步整合进 CATIA 体系中。
它在飞机研发中的位置比较特别，主要面向系统架构和MBSE（基于模型的系统工程）。一架飞机涉及飞控、航电、液压、燃油、电气等多个专业，这些系统之间存在大量接口、数据和功能关系，需要从整体层面进行建模和管理。
比如飞控系统与航空系统如何交互、航电系统需要哪些传感器数据、液压系统向哪些作动器供压，这些跨专业系统之间的功能关系、接口和数据流向，都可以 CATIA Magic 的图形化模型来描述。需求文档里的每一条要求，也能直接对应到模型里的某个功能或组件，方便追溯。
Lockheed Martin 就将 MBSE 与 CATIA Magic 用于复杂系统的建模和团队协作，通过统一的系统模型来梳理复杂系统之间的关系。
它的特点也集中在这里，把需求、系统架构、接口关系以及验证等信息放进统一的模型环境中，让不同团队围绕同一套系统模型开展协作，并保持设计变更的可追溯性。
Siemens Digital Industries Software 西门子数字化工业软件
Capital 是西门子旗下的电气系统设计软件，来自2017年收购的 Mentor Graphics后形成的产品体系。
一架现代飞机内部包含大量的电缆和线束，它们连接着飞控计算机、传感器、显示器、液压泵、照明、环控等几乎所有设备。这些电缆怎么走、每根线从哪到哪、不同专业之间的数据如何保持一致，都属于Capital覆盖的工作。
空客就选择了 Capital 进行 E/E（电气/电子）系统设计和电气线束工程，丹麦航空航天公司 Terma 用 Capital做线束设计，从手工流程转向数据驱动的模型方法。
Capital比较鲜明的特点，是把电气系统架构、线束设计、验证以及制造工程连接起来，让不同专业的数据能够沿着同一条工程链路流转，减少团队之间手工传递和重复整理数据的工作。
现代飞机向“多电飞机”方向发展，越来越多原本依赖液压和气动的功能开始采用电力驱动，电气系统的复杂度也随之增加，这使电气系统设计和线束工程在飞机研发中的位置越来越重要。
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Ansys SCADE Suite 是 Ansys 旗下的航空航天等行业软件开发工具，来自2012年收购的法国 Esterel Technologies。
软件主要用于飞控、发动机控制、起落架、自动驾驶等航空软件的设计、仿真、验证和代码生成。
SCADE Suite 采用模型化开发方式，工程师可以通过图形化模型设计软件逻辑，再由工具自动生成 C/Ada 代码，并配合仿真、测试和验证完成开发。其代码生成和工具链支持 DO-178C 等安全关键软件开发流程。
它比较鲜明的特点，是把模型设计、仿真、测试和代码生成放在一套开发流程中，并提供面向航空软件标准的工具支持。
Simulink 是 MathWorks 的图形化建模仿真工具，和 MATLAB 是一对搭档——MATLAB 做数值计算和算法开发，Simulink 做系统建模和动态仿真。在飞机设计中，两者通常配合使用。
飞机设计里用到 Simulink 最多的地方是飞控系统。想象一下飞行员拉操纵杆，飞控计算机要算出舵面偏多少，这个“计算逻辑”怎么设计、以及不同工况下系统能否稳定工作，都可以在Simulink中建立模型进行验证。
Simulink 的特点是从算法设计到代码生成的全流程覆盖。工程师在 Simulink 里把飞行动力学模型搭出来，设计控制算法，跑闭环仿真看响应是否正常，最后还能把验证好的算法直接生成 C 代码，部署到飞控硬件上做实测。
波音曾使用MATLAB和Simulink等工具开发X-40A飞行器的制导、导航与控制（GN&C）系统，并通过飞行测试进行验证。这个案例也比较典型地体现了模型化设计在航空控制系统研发中的应用方式。
