飛機總體布置

1、3.7 飛機的總體布置（部位安排）飛機的總體布置（部位安排）3.7.1.飛機總體布置的任務飛機總體布置的任務 (1) 對全機的幾何外形進行協(xié)調(diào) (2) 具體安排飛機內(nèi)部的各種裝載和設(shè)備 (3) 合理布置飛機各部件的結(jié)構(gòu)承力系統(tǒng) (4) 對飛機重心進行定位 1. 氣動特性對飛機幾何外形的主要要求氣動特性對飛機幾何外形的主要要求 (1) 飛機在巡航狀態(tài)飛行時，應具有最大的升阻比，最低的油耗；同時飛機的阻力應該最小 (2) 在保證具有足夠安全裕度的情況下，飛機在起飛著陸狀態(tài)應具有最大的可用升力系數(shù)，以改善飛機的低速性能，縮短起飛著陸滑跑距離，并改善機動性 3.7.2 幾何外形的協(xié)調(diào)和修正幾何外形的協(xié)

2、調(diào)和修正 (3) 飛機幾何外形應盡量減小其零升阻力系數(shù)，保證在高速飛行時阻力最小，以滿足高速飛行的需要 (4) 應保證在所有的飛行狀態(tài)下，飛機都具有合乎規(guī)定的穩(wěn)定性和操縱性 (5) 應保證動力裝置具有最佳的工作環(huán)境和條件，最大限度地減小發(fā)動機的進、排氣損失，等等 2. 飛機幾何飛機幾何/ /氣動外形設(shè)計氣動外形設(shè)計 (1) 基礎(chǔ)：已經(jīng)確定的飛機構(gòu)形 各部件的主要參數(shù) (2) 步驟： 進行外形的初步協(xié)調(diào) 借助各種方法給出完善的理論外形 (3) 手段：計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)(CAD)，主要包括AutoCADCATIA Pro-E UG等 實例：728JET三維外形F-22三維外形高速民航機設(shè)計概念翼身

3、融合設(shè)計概念 (4) 說明： 大多數(shù)部件縱向截面氣動外形的光滑性是通過保持這些截面外形的一階導數(shù)連續(xù)來保證的，特別重要的部件還必須保持其縱向截面二階導數(shù)的連續(xù)。 通常對橫截面光滑的要求較低一些，例如沿展向的機翼截面只要求有一階導數(shù)連續(xù)就行了，而從結(jié)構(gòu)工藝性的角度來說，則應盡量要求采用平直的簡單外形。 所用的數(shù)學方法應該能夠?qū)︼w機外形進行完全、唯一的描述，以便于采用數(shù)控機床加工。 常用的方法有：二次曲線法、圓弧法、指數(shù)方程法、樣條函數(shù)和多項式解析法等，對于一些重要的復雜部件應用較多的是三次參數(shù)樣條曲線、貝塞爾函數(shù)和B樣條曲線等。 3. 飛機三面圖的繪制飛機三面圖的繪制 (1) 選擇飛機三面圖的比

4、例和圖紙的大小常用比例：1:20、1:50、1:100圖紙的大小：0#、1#、2#、3# (2) 繪制機身的外形滿足飛行員視野/視界的要求 機身內(nèi)安裝發(fā)動機時，重點考慮進氣道進口和尾噴口與機身的協(xié)調(diào) (3) 繪制平尾、垂尾等的外形 (4) 繪制機翼的外形 根據(jù)確定的尾力臂，初步確定機翼的前后位置 根據(jù)布局型式，確定機翼的上下位置 根據(jù)機翼安裝角，繪制機翼根弦與飛機水平基準線的相對位置關(guān)系 畫出機翼的平均空氣動力弦(相對位置、弦長等) (5) 畫出起落架的前輪和主輪 (6) 初步確定的三面圖需要進一步協(xié)調(diào)和修形，并與飛機結(jié)構(gòu)布置及內(nèi)部裝在布置相協(xié)調(diào) 繪制襟翼、副翼的外形，標出其偏角和相對位置 (

5、7) 尺寸標注 總體尺寸 部件尺寸 部件相對位置尺寸：尾力臂、 特征尺寸：平均氣動弦、后掠角、防后倒立角、 三面圖的例子，示意的飛機三面圖3.7.3 飛機內(nèi)部裝載的布置飛機內(nèi)部裝載的布置 1. 飛機內(nèi)部裝載布置的原則和方法飛機內(nèi)部裝載布置的原則和方法 (1) 首先要考慮裝載物所需要的工作條件、技術(shù)要求與使用維護要求。 (2) 要避免突破飛機的氣動外形，并要留有足夠的結(jié)構(gòu)高度，便于合理地進行結(jié)構(gòu)布置。 (3) 在可能的情況下，應按類別將裝載物相對集中，使結(jié)構(gòu)能綜合利用，并使電纜、導管連接最短，以便減輕重量。 (4) 滿足飛機重心位置的要求。 (5) 在方法上，先從安排主要裝載入手，然后再逐步協(xié)調(diào)

6、，直到把全部裝載和各個系統(tǒng)安排妥當。 2. 座艙布置座艙布置 (1) 任務 具體地確定座艙在機身上的位置、座艙的幾何形狀和尺寸以及座艙內(nèi)部布置，滿足良好的工作環(huán)境條件、乘坐環(huán)境條件等。 (2) 戰(zhàn)斗機駕駛艙的布置原則 保證駕駛員具有良好的視野/視界。 我國與駕駛艙和駕駛員視野/視界要求有關(guān)的規(guī)范有GJB19殲擊機座椅基本尺寸、GJB35殲擊機座艙幾何尺寸、GJB307殲(強)擊機座艙視野和主儀表板視區(qū)等。 戰(zhàn)斗機駕駛艙基本幾何尺寸的規(guī)定 駕駛艙的2個關(guān)鍵參考點：駕駛員眼位和座椅參考點。 駕駛員眼位用于確定視界/視野、玻璃折射角及駕駛員頭部離座艙蓋之間的間隙等。 座椅參考點是地板高度和伸腿空間要

7、求的參考點。 典型戰(zhàn)斗機/攻擊機駕駛員視野/視界要求為： 前視界(向下) 1115 側(cè)視界(向下) 3540 對于串列式雙座飛機(軍用教練機)，后座越過前座椅頂上要有5 視界。 駕駛員頭部壓靠在座艙蓋玻璃上能有向下70 的側(cè)視角。 上部和直到飛機尾部 全部無遮擋，且座艙蓋骨架寬度 2in。 典型軍用運輸機/轟炸機駕駛員視野/視界要求為： 前視界(向下) 17 側(cè)視界(向下) 40 水平線以上向前和向上的無遮擋角20 。 F-16飛機采用的氣泡式座艙 保證飛行人員有良好的工作條件和舒適的乘坐環(huán)境 座艙的尺寸要適當，不能太擠 儀表板與操作臺上各種開關(guān)、手柄等的安排要合理，符合駕駛員通常的操作習慣

8、空調(diào)、通訊以及照明等設(shè)備和系統(tǒng)的布置要合理，保證駕駛員有良好、舒適的工作環(huán)境 座椅與駕駛桿和腳蹬的相對位置、駕駛桿與腳蹬的操縱桿力和行程都要合理 安全可靠的彈射救生系統(tǒng) 彈射通道的幾何尺寸，必須滿足彈射救生系統(tǒng)的需要，要保證全部飛行人員無障礙地彈射離機，即保證應急彈射的路程內(nèi)，不能有任何構(gòu)件的阻礙 (3) 旅客機空勤組座艙的布置原則 空勤組人員的座艙安排在機身的前部，其尺寸和布局與空勤組的人員組成有關(guān)。 用于干線的旅客機，其空勤組通常由正、副駕駛員和隨機工程師等三人組成，特殊航線時可能需要增加領(lǐng)航員和無線電通訊員，在空勤組座艙中應考慮給他們留有座位。 在布置空勤組人員座艙時，應特別注意要保證駕

9、駛員的視界要求： 對于左邊的駕駛員(即正駕駛員，通常也就是機長)無阻礙的視界：向左20，向右30，向下不小于16，向上20；后視界：向左應保證能看到半個翼尖、翼尖整流罩 在向左方位角2045范圍內(nèi)，只允許座艙結(jié)構(gòu)有一根加強支柱 風擋主要承力支柱的結(jié)構(gòu)，遮擋視界的陰影寬度不應大于70毫米 在駕駛員座椅平面內(nèi)，駕駛員眼位至玻璃內(nèi)表面的距離應不小于500毫米 為了保證視界，“協(xié)和”、圖144飛機在起降時將機頭下折： (4) 飛行人員座艙的布置方法 飛行人員座艙的空間幾何尺寸和內(nèi)部裝載的設(shè)備、系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)等的安裝協(xié)調(diào)關(guān)系十分復雜，通常采用以下方法協(xié)調(diào)布置： 用計算機進行立體造型的方法來協(xié)調(diào)解決 按1:1

10、的比例制作木質(zhì)樣機，用設(shè)備實物進行協(xié)調(diào) 計算機立體造型座艙布置座艙布置實例 (5) 旅客座艙的布置 旅客座舵的布置，就是要布置安排好要求的旅客座位，并使飛機的空機重量最輕；同時也應考慮到增加旅客數(shù)量及對飛機進行改型的可能性。 現(xiàn)代旅客機按座位的舒適程度和在飛行中對旅客的服務條件，采用不同級別的座艙，I級是最高級、II級是旅行級、III級是經(jīng)濟級。 旅客座艙的寬度 旅客座椅的基本尺寸： 布置旅客座椅的基本要求： 通常采用由兩個或三個座椅組成一個座椅單元的型式。I級客艙只采用由兩個座椅組成的單元，II級和III級客艙可以用兩個座椅的單元，也可以用三個座椅的單元。 I級客艙的座椅應有可以后仰45的靠

11、背和放腳的活動臺面，以保證旅客能半仰臥地休息；II級和III級客艙的座椅靠背應分別能后仰36和25。 II級和III級客艙的座椅靠背應能自由地向前傾。這樣，一旦發(fā)生事故，后排旅的頭不致碰到前排座椅的靠背。 I級客艙每一個座椅必須有兩個扶手，II級和III級客艙的座椅，每排中兩個座椅之間的扶手只有一個。 座椅單元之間過道的寬度，在距地板平面等于/大于635mm高度處(即座椅扶手高度處)，旅客數(shù)為20299人時，應不小于5l0mm，300人以上時，應不小于650mm。 旅客艙只有一條縱向過道時，在過道的每一邊最名只能安排三個座椅，因而，如果每排座椅數(shù)多于6個時，則應安排兩條縱向過道。 旅客艙的內(nèi)蒙

12、皮與座椅結(jié)構(gòu)(按扶手處或上部靠背處)之間的間隙，對于I級客艙不應小于50毫米，對于II級和III級客艙應不小于30毫米。 III級客艙，因各排座椅之間的間距較小，座椅的座墊應是可折起的。 旅客艙墻壁的厚度，包括承力構(gòu)件、隔熱隔音層和裝飾層，初步設(shè)計時可以取120l30mm。 旅客座艙的長度 旅客座艙長度的確定原則： 按給定的旅客人數(shù)和前面所選定的每排座椅的數(shù)目算出座椅的排數(shù)。 當然，由于機身需要有良好的流線型外形，旅客艙尾部的寬度要變窄，所以后面幾排座椅的數(shù)目可能要減少，這時就要增加排數(shù)，以保證安排給定數(shù)量的座椅。 兩排座椅之間的縱向間距應為30毫米的整倍數(shù) (英、美等國家要求為1英寸或25.

13、4毫米的整倍數(shù))。 I級客艙為980l080mm II級客艙為840870mm III級客艙為7808l0mm 從客艙前面間壁墻到第一排應椅之間的最小距離(l1)，對于I級座艙為630mm，II級座艙為615mm，III級座艙為585mm。 從客艙后面間的壁墻，到最后一排座椅的前固定點之間的距離(l2)最小值為：I級座艙1000mm，II級座艙800mm，III級座艙為750mm。 l2的尺寸還要求，當座椅完全向后傾斜時，與間壁墻之間的間隙不小于20mm。 旅客艙的寬度與長度之比客艙的形狀系數(shù)，不應太小或太大，應在0.20.5的范圍內(nèi)選取。當旅客人數(shù)多時，可分成兩個以上的艙室。 旅客艙的高度應

14、該不小于1.9米，但也不能大于2.5米。 保證旅客艙有足夠大的容積，保證每一旅客平均所占客艙容積不能太小。 客艙艙門及窗戶等的布置 旅客數(shù)多于80人時，至少應有兩個艙門，艙門應布置在機身的左側(cè)，艙門向外開。 窗戶的間距為500510mm，應與結(jié)構(gòu)的隔框相協(xié)調(diào)，并便于在改變座椅間距時還能使用，結(jié)構(gòu)上要求每個窗戶的尺寸不能太大，一般寬200250mm，高320350mm。 還應按適航性條例的規(guī)定，布置足夠的應急出口和配置足夠的應急救生設(shè)備。 (6) 旅客生活間和行李間的布置 行李艙和貨艙的布置 旅客機的行李艙或貨艙的容積，根據(jù)裝載行李和貨物的需要而定：行李數(shù)由旅客的人數(shù)及規(guī)定的每人行李數(shù)量即可以精

15、確地算出；貨物則按對飛機商務載荷的總要求來確定。 在布置安排行李艙或貨艙時，應注意以下幾點： 在機身直徑較大的飛機上，行李艙和貨艙通常是安排在旅客艙地板的下面，其高度不應小于1.1米。 行李艙和貨艙最好是在機頭和機尾各有一個艙室，以位于飛機調(diào)重心。 艙門最好安排在機身的右側(cè)，尺寸不能太小，保證運貨汽車裝卸方便。 升限3000米以上的飛機，行李艙和貨艙應是氣密艙。 在計算行李艙或貨艙的容積時，對旅客的手提行李與郵件及貨物應該分開，因為它們的比重不一樣。另外對于是否采用集裝箱的情況也不一樣。 廚房的布置 旅客人數(shù)少于100人時，可以只配置一個廚房。如果旅客艙有兩個以上的艙室時，則不論旅客人數(shù)多少都

16、應有兩個廚房，其總?cè)莘e(m3)為旅客人數(shù)的0.120.14倍，所占地板面積(m2)為旅客人數(shù)的0.050.1倍。 衛(wèi)生間的布置 旅客機上衛(wèi)生間的數(shù)量取決于旅客的人數(shù)和續(xù)航時間，一般續(xù)航時間小于2小時，每50名旅客左右應配置一個衛(wèi)生間。每個衛(wèi)生間占地板的面積不應小于1.51.6m2，寬度不應小于l米。 3.飛機動力裝置的布置飛機動力裝置的布置 (1) 任務 具體安排發(fā)動機、進氣道和尾噴管在飛機上的位置，保證各種飛行狀態(tài)下，發(fā)動機都能正常工作。 (2) 飛機動力裝置的布置原則 在保證與其他部分互不干擾、相互協(xié)調(diào)的前提下，應盡可能減小飛機的總阻力和降低發(fā)動機的推力損失。 為此，應盡量使發(fā)動機的軸線與

17、飛機的水平基準線相重合，并考慮到進氣道及尾噴管調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安排。 為使發(fā)動機能正常工作，并且保證發(fā)動機周圍的部件或結(jié)構(gòu)不致過熱，應采取發(fā)動機及尾噴管的冷卻和隔熱措施，通常是布置導風罩，從進氣道或機身外部引入冷空氣，并安排隔熱層。 應便于發(fā)動機的拆裝和維護。 在機體上，要安排合適的使用分離面及發(fā)動機的檢查、維護艙口，在分離面處的機體結(jié)構(gòu)布置承力支點和承力結(jié)構(gòu)。 發(fā)動機的各支點接頭處應有足夠的強度和剛度，以承受發(fā)動機的軸向推力、慣性力和陀螺力矩等載荷，而且應允許發(fā)動機因溫度變化而自由伸縮。 (3) 發(fā)動機在飛機上的安裝形式 活塞式發(fā)動機和渦槳式發(fā)動機，通常都是以發(fā)動機架的形式安裝在機身或機翼上。 此

18、時重點要考慮的問題是螺旋槳與機體各部件之間氣動力的相互影響，以及發(fā)動機的振動對機體結(jié)構(gòu)的影響。 許多裝渦噴/渦扇發(fā)動機的飛機，尤其是大型飛機，其動力裝置多采用專門的吊艙型式。 吊艙結(jié)構(gòu)與機身類似。此時動力裝置的布置實際上是吊艙的設(shè)計問題，不會與飛機其他部分產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性干擾。 對于殲擊/戰(zhàn)斗機，一般把一臺或兩臺渦噴/渦扇發(fā)動機裝載機身尾段，并直接通過連接接頭和拉桿固定在機身的加強框上。這種型式的動力裝置布置起來比較復雜，存在著與其他各部分相互干擾的問題。 (4) 進氣道形式（略） 4. 燃油系統(tǒng)的布置燃油系統(tǒng)的布置 (1) 任務 對油箱、油泵、油管、加/放油口及通氣口等進行具體安排和布置，重點是油

19、箱的布置。 (2) 油箱的布置原則 要充分利用機翼和機身的內(nèi)部空間，保證足夠的燃油容積，或者說盡量擴大機內(nèi)載油量。 機身內(nèi)空間較大，可采用金屬硬油箱或橡膠軟油箱；機翼內(nèi)部空間較小，可采用整體油箱，以充分利用空間。 由于燃油是消耗性載荷，為了載燃油消耗過程中飛機的重心變化盡可能小，應讓各油箱的組合重心與飛機的重心重合或靠近，燃油系統(tǒng)應能自動調(diào)節(jié)燃油的消耗順序，控制因燃油消耗所引起的飛機重心的變化范圍(戰(zhàn)斗機應控制在5%平均氣動弦的范圍內(nèi))。 對機動類飛機，應布置倒飛油箱，以保證飛機倒飛時供油不致中斷。 現(xiàn)代旅客機為了保證安全，機身上一般不安排油箱，而是將油箱全部布置在機翼上。 5. 軍用飛機武器

20、的布置軍用飛機武器的布置 (1) 任務 對機炮、火箭和導彈等射擊武器和炸彈、魚雷等轟炸武器進行安排布置。 (2) 軍用飛機武器的布置原則 武器的布置應滿足飛機總體性能的要求。 武器的安裝位置和固定點的選擇，應滿足所裝武器方面的要求，比如應保證射擊和投放的方便，不受機體的干擾；安裝點應具有足夠的強度和剛度，以保證射擊和投放的精度。 要考慮武器發(fā)射時對飛機重心位置的影響，應使武器載荷盡量布置在質(zhì)心附近，避免武器的消耗對飛機操穩(wěn)性能的影響。 保證武器發(fā)射時，不影響發(fā)動機的正常工作，導彈掛架和炮口位置不要布置在發(fā)動機進氣口之前或盡量遠離進氣口，否則必須加裝消煙裝置。 保證維護和使用方便。 6. 起落架

21、的布置起落架的布置 (1) 任務 在起落架的型式和基本參數(shù)選定的前提下，對起落架進行具體的布置，并與飛機結(jié)構(gòu)布置相協(xié)調(diào)。此時需要確定：起落架支點和轉(zhuǎn)軸在承力結(jié)構(gòu)中的安裝位置；起落架機輪收入機體中的艙室位置，即起落架艙的安排。 (2) 起落架布置原則 必須保證全面地滿足已經(jīng)選定的各項幾何參數(shù)及與飛機重心的相對位置 檢查起落架放下時的著地點、輪距和高度等參數(shù)是否滿足要求 保證起落架的減震性能、強度、剛度 盡量減小幾何尺寸和減輕重量 考慮起落架收放對全機重心的影響 重點要考慮的問題是起落架在收上位置時，在機體結(jié)構(gòu)中所占的空間 收藏起落架的空間越小越好，并要與機體結(jié)構(gòu)和其他內(nèi)部裝載相協(xié)調(diào)，不能影響氣動

22、外形；當設(shè)置專門的起落架艙時，應盡量減小其阻力 起落架在機體上的安裝點的布置，應與飛機機體結(jié)構(gòu)主要承力構(gòu)件的布置相協(xié)調(diào) 起落架的主鉸點一定要安排在機體主承力構(gòu)件附近，并應考慮承力構(gòu)件的綜合利用，盡量減輕結(jié)構(gòu)重量 應對起落架的收放系統(tǒng)有所考慮。主要考慮減小收藏空間的要求，采用轉(zhuǎn)輪機構(gòu)等 7. 設(shè)備艙的布置設(shè)備艙的布置 設(shè)備艙的環(huán)境條件應滿足所裝設(shè)備的技術(shù)要求 工作條件相近的同類設(shè)備應布置在一起 應與飛機重心的調(diào)整一起考慮 為保證使用、維護方便，設(shè)備艙應盡量布置在結(jié)構(gòu)開放性好的部位，并安排寬大且可快速拆卸的口蓋 對于不需要經(jīng)常拆裝的設(shè)備，也需要布置必要的檢查口蓋 對于一些需要經(jīng)常檢查和調(diào)整的設(shè)備，

23、最好制成標準尺寸的盒形件，作成抽斗式 對一個設(shè)備的維護、更換等工作，盡量不與其他設(shè)備干擾或不移動其他設(shè)備 8. 操縱、電氣、液壓、冷氣等各種系統(tǒng)操縱、電氣、液壓、冷氣等各種系統(tǒng)的管路、電纜等的布置的管路、電纜等的布置 總體設(shè)計階段，只能對管路的走向作處初步安排，以避免與飛機結(jié)構(gòu)及其他內(nèi)部裝載發(fā)生相互干擾，并對其中一些主要附件如液壓助力器、液壓油箱、冷氣瓶等的安放位置做初步考慮 考慮飛機的生存力要求 3.7.4 飛機主承力結(jié)構(gòu)的布置飛機主承力結(jié)構(gòu)的布置 1. 飛機主承力結(jié)構(gòu)布置的任務飛機主承力結(jié)構(gòu)布置的任務 確定飛機各部件的受力型式和布置主要的受力構(gòu)件。 2. 飛機主承力結(jié)構(gòu)布置的原則飛機主承力結(jié)構(gòu)布置的原則 保證飛機結(jié)構(gòu)具有足夠的強度和剛度 有利于減輕結(jié)構(gòu)重量 便于使用和維護 良好的工藝形，加工制造容易 保證內(nèi)部裝載 主承力構(gòu)件的綜合利用 3. 飛機主承力結(jié)構(gòu)布置的步驟飛機主承力結(jié)構(gòu)布置的步驟 (1) 確定使用分離面 (2) 確定大開口部位 (3) 選擇飛機各部件