飛機(jī)總體設(shè)計(jì)FuDanSG

1、1 1.0 飛行器引論 1.1 什么是飛機(jī)設(shè)計(jì)？ 1.2 什么是飛機(jī)總體設(shè)計(jì)？ 1.3 總體設(shè)計(jì)的重要性 1.4 總體設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 1.5 本課程的教學(xué)目標(biāo)2n設(shè)計(jì)是指創(chuàng)制某一產(chǎn)品之前的構(gòu)思和體現(xiàn)這一構(gòu)思結(jié)果的過(guò)程。n工程設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)人員應(yīng)用自然規(guī)律，通過(guò)分析、綜合和創(chuàng)造思維將設(shè)計(jì)要求（系統(tǒng)要求）轉(zhuǎn)化為一組能完整描述系統(tǒng)的參數(shù)（文檔或圖紙）的活動(dòng)過(guò)程。3 n飛機(jī)設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)人員應(yīng)用氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、材料、工藝等學(xué)科知識(shí)通過(guò)分析綜合和創(chuàng)造思維，將設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)化為一組能完整描述飛機(jī)的參數(shù)的過(guò)程。4 n論證階段研究設(shè)計(jì)新飛機(jī)的可行性n方案階段設(shè)計(jì)出可行的飛機(jī)總體技術(shù)方案n工程研制階段 進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，提供

2、圖紙?jiān)囍圃蜋C(jī)n設(shè)計(jì)定型階段 進(jìn)行定型試飛n生產(chǎn)定型階段少量改進(jìn)，小批量生產(chǎn)5 主要涉及論證、方案和工程研制階段見(jiàn)下頁(yè) 6 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)（Conceptual Design）初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)（Preliminary Design）詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)（Detail Design）71.性能要求和使用要求性能要求和使用要求2.設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)規(guī)范擬出一個(gè)或幾個(gè)能滿足設(shè)計(jì)要擬出一個(gè)或幾個(gè)能滿足設(shè)計(jì)要求的初步方案。求的初步方案。81.確定氣動(dòng)布局與構(gòu)型確定氣動(dòng)布局與構(gòu)型2.確定主要參數(shù)確定確定主要參數(shù)確定3.選擇發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)載設(shè)備選擇發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)載設(shè)備4.確定部件主要幾何參數(shù)確定部件主要幾何

3、參數(shù)5.飛行性能和操穩(wěn)性估算飛行性能和操穩(wěn)性估算6.方案評(píng)估方案評(píng)估7.總體參數(shù)優(yōu)化總體參數(shù)優(yōu)化8.繪制三面草圖繪制三面草圖 91.統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)2.經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式3.理論估算公式理論估算公式4.參數(shù)敏感分析參數(shù)敏感分析5.地毯圖地毯圖6.總體計(jì)算分析軟件總體計(jì)算分析軟件7.總體參數(shù)優(yōu)化軟件總體參數(shù)優(yōu)化軟件用用CAD系統(tǒng)繪制的設(shè)計(jì)布置圖系統(tǒng)繪制的設(shè)計(jì)布置圖 101.三面草圖三面草圖2.論證報(bào)告論證報(bào)告111.概念設(shè)計(jì)結(jié)果概念設(shè)計(jì)結(jié)果2.初步的外形初步的外形CAD模型模型1.細(xì)化和優(yōu)化概念設(shè)計(jì)方案細(xì)化和優(yōu)化概念設(shè)計(jì)方案2.詳細(xì)論證設(shè)計(jì)方案能否符合要求詳細(xì)論證設(shè)計(jì)方案能否符合要求121.細(xì)化和

4、優(yōu)化幾何外形細(xì)化和優(yōu)化幾何外形n氣動(dòng)設(shè)計(jì)、分析與優(yōu)化氣動(dòng)設(shè)計(jì)、分析與優(yōu)化2.總體結(jié)構(gòu)布置總體結(jié)構(gòu)布置n結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化3.多學(xué)科分析與優(yōu)化多學(xué)科分析與優(yōu)化4.完整三面圖和外形數(shù)模完整三面圖和外形數(shù)模5.繪出飛機(jī)總體布置圖繪出飛機(jī)總體布置圖n各種機(jī)載設(shè)備、各系統(tǒng)、載荷和結(jié)構(gòu)承力系統(tǒng)各種機(jī)載設(shè)備、各系統(tǒng)、載荷和結(jié)構(gòu)承力系統(tǒng) 6.對(duì)重量重心、性能、操穩(wěn)、成本等較精確的計(jì)算對(duì)重量重心、性能、操穩(wěn)、成本等較精確的計(jì)算7.模型吹風(fēng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛碉L(fēng)試驗(yàn)13nCAD軟件（軟件（CATIA）n基于數(shù)值仿真的方法基于數(shù)值仿真的方法: CFD、FEM、性能、氣動(dòng)優(yōu)化、性能、氣動(dòng)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化

5、軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件n風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)/全尺寸樣機(jī)全尺寸樣機(jī)141.全機(jī)外形數(shù)模全機(jī)外形數(shù)模2.完整三面圖完整三面圖/總體布置圖總體布置圖3.論證報(bào)告論證報(bào)告4.全尺寸樣機(jī)全尺寸樣機(jī)15初步設(shè)計(jì)結(jié)果初步設(shè)計(jì)結(jié)果n外形數(shù)模；外形數(shù)模；n總體布置（數(shù)字樣機(jī)；全尺寸樣機(jī)）總體布置（數(shù)字樣機(jī)；全尺寸樣機(jī)）完成可實(shí)現(xiàn)加工的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。完成可實(shí)現(xiàn)加工的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。161.部件設(shè)計(jì)和零構(gòu)件設(shè)計(jì)部件設(shè)計(jì)和零構(gòu)件設(shè)計(jì)2.各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)n液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)n環(huán)控系統(tǒng)環(huán)控系統(tǒng)n起落架系統(tǒng)起落架系統(tǒng)3.詳細(xì)的重量重心計(jì)算詳細(xì)的重量重心計(jì)算4.強(qiáng)度計(jì)算報(bào)告強(qiáng)度計(jì)算報(bào)告5.靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度和壽命試驗(yàn)靜強(qiáng)度、

6、動(dòng)強(qiáng)度和壽命試驗(yàn) 6.系統(tǒng)的地面臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)的地面臺(tái)架試驗(yàn)7.工裝設(shè)計(jì)工裝設(shè)計(jì)171.CAD2.CAM（FEM）3.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)4.系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)5.試驗(yàn)試驗(yàn)181.部件總圖、裝配圖、零件圖部件總圖、裝配圖、零件圖2.各系統(tǒng)總圖、裝配圖、零件圖各系統(tǒng)總圖、裝配圖、零件圖19 n飛機(jī)總體設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)飛機(jī)總體設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)飛機(jī)飛機(jī)總體總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)20設(shè)計(jì)要求 布局型式選擇布局型式選擇 主要參數(shù)計(jì)算主要參數(shù)計(jì)算 發(fā)動(dòng)機(jī)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)選擇部件外形設(shè)計(jì)部件外形設(shè)計(jì)機(jī)身機(jī)身 機(jī)翼機(jī)翼 尾翼尾翼 起落架起落架

7、 進(jìn)氣道進(jìn)氣道 三面圖三面圖部位安排圖部位安排圖結(jié)構(gòu)布置圖結(jié)構(gòu)布置圖 分析計(jì)算分析計(jì)算重量計(jì)算重量計(jì)算 氣動(dòng)計(jì)算氣動(dòng)計(jì)算性能計(jì)算性能計(jì)算 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析 是否滿足是否滿足設(shè)計(jì)要求？設(shè)計(jì)要求？最優(yōu)最優(yōu)？21 n“管中窺豹” 機(jī)翼前梁在設(shè)計(jì)過(guò)程中的演變?cè)敿?xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)專(zhuān)注于每一個(gè)細(xì)節(jié)尺寸與參數(shù)初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)表示出梁的截面變化概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)僅僅是一個(gè)從翼根到翼梢的平面！“簡(jiǎn)單任務(wù)簡(jiǎn)單任務(wù)”？22 1.3 總體設(shè)計(jì)的重要性n概念設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)確定了整架飛機(jī)的布置！n設(shè)計(jì)前期的失誤，將造成后期工作的巨大浪費(fèi)翼盒翼盒機(jī)翼油箱機(jī)翼油箱前緣襟翼前緣襟翼前梁的位置前梁的位置23 n總體設(shè)計(jì)階段所占時(shí)間相對(duì)

8、較短，但需要作出大量的關(guān)鍵決策n投入的人員和花費(fèi)相對(duì)較少，但卻決定了一架飛機(jī)大約80%的全壽命周期成本設(shè)計(jì)階段人員比例概念設(shè)計(jì)1初步設(shè)計(jì)9詳細(xì)設(shè)計(jì)9024 （決定的費(fèi)用）（決定的費(fèi)用）（消耗的費(fèi)用）（消耗的費(fèi)用）25 n應(yīng)用航空科學(xué)技術(shù)相關(guān)的眾多領(lǐng)域（如空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料學(xué)、自動(dòng)控制、動(dòng)力技術(shù)、隱身技術(shù)）的成果n總體設(shè)計(jì)沒(méi)有“標(biāo)準(zhǔn)答案”，構(gòu)思（創(chuàng)造性）即提出各種各樣方案。26設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)要要求求技技術(shù)術(shù)可可用用性性概概念念草草圖圖初初次次估估計(jì)計(jì)的的參參數(shù)數(shù)選選擇擇初初始始設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)初初始始分分析析氣氣動(dòng)動(dòng)重重量量推推進(jìn)進(jìn)參參數(shù)數(shù)選選擇擇與與性性能能優(yōu)優(yōu)化化修修正正設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)分分析析氣氣動(dòng)動(dòng)重

9、重量量推推進(jìn)進(jìn)操操穩(wěn)穩(wěn)性性結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)費(fèi)費(fèi)用用子子系系統(tǒng)統(tǒng)細(xì)細(xì)化化的的參參數(shù)數(shù)選選擇擇與與性性能能優(yōu)優(yōu)化化新新概概念念構(gòu)構(gòu)思思設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)要要求求權(quán)權(quán)衡衡初初步步設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)概念設(shè)計(jì)流程概念設(shè)計(jì)流程參數(shù)選擇與參數(shù)選擇與權(quán)衡研究權(quán)衡研究設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)要求“Design Wheel”27 綜合考慮設(shè)計(jì)要求的各個(gè)方面，進(jìn)行不同學(xué)科專(zhuān)業(yè)間的權(quán)衡與協(xié)調(diào) 從孤立專(zhuān)業(yè)的角度 設(shè)計(jì)出的飛機(jī)氣動(dòng)力氣動(dòng)力把機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架這樣 降低氣動(dòng)效率的部件統(tǒng)統(tǒng)去掉！動(dòng)力裝置動(dòng)力裝置飛機(jī)？“會(huì)飛的發(fā)動(dòng)機(jī)”？！重量重量重量工程師的夢(mèng)想航模飛機(jī)？布魯恩米勒布魯恩米勒總體設(shè)計(jì)工作特點(diǎn)n科學(xué)性與創(chuàng)造性n非唯一性n逐步細(xì)化n反復(fù)迭代，多

10、輪逼近n綜合與協(xié)調(diào)281.5 本課程教學(xué)目標(biāo) n掌握飛機(jī)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程和方法掌握飛機(jī)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程和方法 n提供一個(gè)飛機(jī)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷提供一個(gè)飛機(jī)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷 n融匯貫通前修課程所學(xué)的知識(shí)融匯貫通前修課程所學(xué)的知識(shí)n提高綜合分析、判斷和決策能力提高綜合分析、判斷和決策能力 n小組工作小組工作(Team-work)(Team-work)精神精神 n培養(yǎng)制定計(jì)劃、組織協(xié)調(diào)的基本能力培養(yǎng)制定計(jì)劃、組織協(xié)調(diào)的基本能力 n提高書(shū)面和口頭表達(dá)能力提高書(shū)面和口頭表達(dá)能力 29課程評(píng)分內(nèi)容與方法 n設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)報(bào)告 50% 50% n筆試筆試 50% 50% n得分：得分： 設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)報(bào)告 + + 筆試成績(jī)筆試成

11、績(jī) n設(shè)計(jì)報(bào)告評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)報(bào)告評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 1 1）正確性和合理性）正確性和合理性 2 2）清晰性）清晰性 30設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容 n設(shè)計(jì)要求擬定設(shè)計(jì)要求擬定 n飛機(jī)布局型式的確定飛機(jī)布局型式的確定 n飛機(jī)主要參數(shù)計(jì)算飛機(jī)主要參數(shù)計(jì)算 n部件外形設(shè)計(jì)部件外形設(shè)計(jì) n飛機(jī)總體布置飛機(jī)總體布置n重量重心計(jì)算重量重心計(jì)算 n氣動(dòng)特性分析氣動(dòng)特性分析 n飛行性能分析計(jì)算飛行性能分析計(jì)算n三面圖三面圖 n總結(jié)總結(jié) 313233 類(lèi)型：軍用機(jī) 民用飛機(jī) 基本任務(wù)：飛行任務(wù)剖面圖 民用飛機(jī)：旅客（75kg)；貨物 軍用飛機(jī)：空勤人員（95kg）；武器彈藥和裝備 34 飛行速度指標(biāo)：最大速度，巡航速度，

12、失速速度 飛行高度指標(biāo)：巡航高度，升限 耐航性指標(biāo)： 航程，作戰(zhàn)半徑，最大續(xù)航時(shí)間 起飛著陸指標(biāo)：起飛速度，起飛滑跑距離，著陸 速度，著陸滑跑距離 機(jī)動(dòng)性能指標(biāo)：改變飛行高度能力：爬升率 改變飛行速度能力：加速性能 改變飛行方向能力：轉(zhuǎn)彎半徑 其它性能指標(biāo)：隱身性能，使用維護(hù)，噪音水平，翻修周期，使用壽命 35n功能系統(tǒng)：航電、安全、飛控等n使用維護(hù)要求n機(jī)體結(jié)構(gòu)方面的要求n正、負(fù)最大過(guò)載n承受動(dòng)強(qiáng)度、使用壽命n研制周期和費(fèi)用n民機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)n制造成本n直接運(yùn)營(yíng)成本（Direct operating costs，DOC） 36 通常由軍方根據(jù)如下因素提出：n政治上，未來(lái)政治環(huán)境和沖突規(guī)模的估

13、計(jì)n經(jīng)濟(jì)上，全壽命費(fèi)用和承受能力的估計(jì)n技術(shù)上，未來(lái)敵機(jī)發(fā)展的估計(jì)和新技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)分析 37n民用飛機(jī)很難說(shuō)有什么“固定客戶”，因此要發(fā)展什么樣的飛機(jī)，一般由飛機(jī)公司提出初步設(shè)想，經(jīng)過(guò)與可能用戶的商討，再制定設(shè)計(jì)要求n設(shè)計(jì)要求也需要有正確的預(yù)見(jiàn)性，因此必須必須進(jìn)行長(zhǎng)期的市場(chǎng)調(diào)查和詳細(xì)的分析研究 38 簡(jiǎn)單剖面：簡(jiǎn)單剖面：起飛爬升巡航待機(jī)下降著陸起飛爬升巡航待機(jī)下降著陸 作戰(zhàn)剖面：作戰(zhàn)剖面：起飛爬升巡航待機(jī)起飛爬升巡航待機(jī) 下降投彈爬升下降投彈爬升巡航待機(jī)下降著陸巡航待機(jī)下降著陸3940 n是航空運(yùn)輸?shù)淖畹桶踩珮?biāo)準(zhǔn)。是航空運(yùn)輸?shù)淖畹桶踩珮?biāo)準(zhǔn)。n在進(jìn)行飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守的有關(guān)規(guī)定，是飛機(jī)設(shè)在進(jìn)行飛機(jī)

14、設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守的有關(guān)規(guī)定，是飛機(jī)設(shè)計(jì)的計(jì)的“法律法律”。n指令性規(guī)定涵蓋：指令性規(guī)定涵蓋：n設(shè)計(jì)情況、安全系數(shù)、過(guò)載系數(shù)、重量極限、重心位置、設(shè)計(jì)情況、安全系數(shù)、過(guò)載系數(shù)、重量極限、重心位置、重量分配、操縱性、穩(wěn)定性、配平、飛行載荷、飛行包線、重量分配、操縱性、穩(wěn)定性、配平、飛行載荷、飛行包線、突風(fēng)載荷、起飛與著陸、強(qiáng)度和變形、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、飛行試突風(fēng)載荷、起飛與著陸、強(qiáng)度和變形、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)、飛行品質(zhì)、使用極限、起落裝置、動(dòng)力裝置、飛機(jī)設(shè)驗(yàn)、飛行品質(zhì)、使用極限、起落裝置、動(dòng)力裝置、飛機(jī)設(shè)備、操縱系統(tǒng)、安全措施等。備、操縱系統(tǒng)、安全措施等。 41n 保證安全性n飛機(jī)設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)積累n科學(xué)研

15、究的結(jié)果軍用飛機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范 民用飛機(jī)適航性條例：FAR-23，F(xiàn)AR-25 軍用飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范 民用飛機(jī)適航性條例 4243n當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在大于當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在大于V V1 1時(shí)失效，飛機(jī)應(yīng)繼續(xù)起飛；發(fā)動(dòng)時(shí)失效，飛機(jī)應(yīng)繼續(xù)起飛；發(fā)動(dòng)機(jī)在小于機(jī)在小于V V1 1時(shí)失效，應(yīng)立即關(guān)閉所有發(fā)動(dòng)機(jī)，剎車(chē)時(shí)失效，應(yīng)立即關(guān)閉所有發(fā)動(dòng)機(jī)，剎車(chē)減速，停止起飛。速度減速，停止起飛。速度V V1 1就稱(chēng)為就稱(chēng)為“決策速度決策速度”。 n在在V V1 1時(shí)刻發(fā)覺(jué)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效后，飛機(jī)繼續(xù)起飛到時(shí)刻發(fā)覺(jué)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效后，飛機(jī)繼續(xù)起飛到安全高度上所經(jīng)過(guò)的水平距離，等于在安全高度上所經(jīng)過(guò)的水平距離，等于在V V1 1時(shí)刻放棄時(shí)刻放棄起飛

16、，迫使飛機(jī)減速停止所需的滑跑距離。起飛，迫使飛機(jī)減速停止所需的滑跑距離。 442.3 飛機(jī)的總體技術(shù)指標(biāo)飛機(jī)的總體技術(shù)指標(biāo)n由總設(shè)計(jì)師和總體設(shè)計(jì)部門(mén)，根據(jù)飛機(jī)使用技術(shù)要求或戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，以及有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和適航標(biāo)準(zhǔn)等文件而制定n為了全面指導(dǎo)和協(xié)調(diào)整個(gè)飛機(jī)設(shè)計(jì)的工作n飛機(jī)設(shè)計(jì)要求的具體化和某些必要的補(bǔ)充n考慮當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，該指標(biāo)有一定的先進(jìn)性和現(xiàn)實(shí)可能性451 1最大使用過(guò)載最大使用過(guò)載 殲擊機(jī)：殲擊機(jī)：+8g+8g-4g-4g 民用飛機(jī)民用飛機(jī): :突風(fēng)過(guò)載突風(fēng)過(guò)載2 2最大最大速壓最大最大速壓 最大速壓最大速壓q qmaxmax: : 對(duì)應(yīng)于飛機(jī)設(shè)計(jì)要求中所給定的對(duì)應(yīng)于飛機(jī)設(shè)計(jì)要求中

17、所給定的 在某一高度上的最大平飛速度，在某一高度上的最大平飛速度， 代表飛機(jī)速度特性的指標(biāo)。代表飛機(jī)速度特性的指標(biāo)。 總體技術(shù)指標(biāo)的基本內(nèi)容46總體技術(shù)指標(biāo)的基本內(nèi)容總體技術(shù)指標(biāo)的基本內(nèi)容 最大最大速壓最大最大速壓q qmaxmaxmaxmax=q=qmaxmax+ +q q。 影響：影響：1)1)飛機(jī)的局部氣動(dòng)載荷（減速板、座艙飛機(jī)的局部氣動(dòng)載荷（減速板、座艙 蓋、進(jìn)氣道和各種艙口蓋、進(jìn)氣道和各種艙口 蓋等的強(qiáng)度）蓋等的強(qiáng)度） 2 2）飛機(jī)的剛度方面）飛機(jī)的剛度方面3.3.溫度指標(biāo)溫度指標(biāo)474 4其它：其它： 關(guān)于靜穩(wěn)定裕度關(guān)于靜穩(wěn)定裕度 飛機(jī)重心使用的前后限飛機(jī)重心使用的前后限 在使用維

18、護(hù)方面在使用維護(hù)方面 再次出勤時(shí)間再次出勤時(shí)間 翻修間隔時(shí)間翻修間隔時(shí)間 飛行使用壽命飛行使用壽命 新技術(shù)的采用新技術(shù)的采用- - 復(fù)合材料？復(fù)合材料？- - 層流翼型？層流翼型？ - - 電操縱系統(tǒng)？電操縱系統(tǒng)？總體技術(shù)指標(biāo)的基本內(nèi)容48飛行包線飛行包線- 飛行速度和飛行高度飛行速度和飛行高度 的范圍圖的范圍圖- 不是單項(xiàng)的技術(shù)指標(biāo)，不是單項(xiàng)的技術(shù)指標(biāo)， 而是綜合了幾項(xiàng)指標(biāo)而是綜合了幾項(xiàng)指標(biāo)-形象表明飛機(jī)設(shè)計(jì)方案形象表明飛機(jī)設(shè)計(jì)方案 應(yīng)該滿足各方面的要求應(yīng)該滿足各方面的要求 總體技術(shù)指標(biāo)的基本內(nèi)容492.4 設(shè)計(jì)要求示例設(shè)計(jì)要求示例n作為與先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)（作為與先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)（Advance

19、d Tactical Fighter，ATF）進(jìn)行）進(jìn)行“高低搭配高低搭配”的低端機(jī)型的低端機(jī)型n執(zhí)行空對(duì)空作戰(zhàn)的執(zhí)行空對(duì)空作戰(zhàn)的 單座輕型戰(zhàn)斗機(jī)單座輕型戰(zhàn)斗機(jī) n盡可能地采用新技術(shù)盡可能地采用新技術(shù) 以滿足任務(wù)要求以滿足任務(wù)要求來(lái)源：來(lái)源：Aircraft Engine Design,1987 (2nd Edition, 2002)502.4 設(shè)計(jì)要求示例設(shè)計(jì)要求示例序號(hào)序號(hào)任務(wù)段名稱(chēng)任務(wù)段名稱(chēng)任務(wù)段數(shù)據(jù)任務(wù)段數(shù)據(jù)1起飛起飛起飛時(shí)間起飛時(shí)間=3min、起飛滑跑距離、起飛滑跑距離=304.80m、最小失速速度、最小失速速度=53.34m/s、機(jī)場(chǎng)海拔高度機(jī)場(chǎng)海拔高度=609.60m、跑道摩阻系

20、數(shù)、跑道摩阻系數(shù)=0.052水平加速水平加速所在高度所在高度=609.60m、起始速度、起始速度=0.18Ma、終止速度、終止速度=0.70Ma、水平加速允許時(shí)間水平加速允許時(shí)間=30.42s、軍用推力狀態(tài)、軍用推力狀態(tài)3加速爬升加速爬升起始高度起始高度=609.60m、終止高度、終止高度=13106.4m、起始速度起始速度=0.70Ma、終止速度、終止速度=0. 90Ma、軍用推力狀態(tài)、軍用推力狀態(tài)4巡航巡航巡航高度巡航高度=13106.4m、巡航速度、巡航速度=0. 90Ma、巡航距離、巡航距離=277.8km5下降下降起始高度起始高度=13106.4m、終止高度、終止高度=9144. 0

21、m6巡邏待機(jī)巡邏待機(jī)待機(jī)高度待機(jī)高度=9144.0m、待機(jī)速度、待機(jī)速度=0. 68Ma、待機(jī)時(shí)間、待機(jī)時(shí)間=0.33h512.4 設(shè)計(jì)要求示例設(shè)計(jì)要求示例7水平加速水平加速所在高度所在高度=9144.0m、起始速度、起始速度=0.68Ma、終止速度、終止速度=1.50Ma、水平加速允許時(shí)間水平加速允許時(shí)間=50s、最大推力狀態(tài)、最大推力狀態(tài)8巡航巡航巡航高度巡航高度=9144.0m、巡航速度、巡航速度=1.5Ma、巡航距離、巡航距離=185.2km9格斗盤(pán)旋格斗盤(pán)旋盤(pán)旋高度盤(pán)旋高度=9144.0m、盤(pán)旋速度、盤(pán)旋速度=1.6Ma、盤(pán)旋圈數(shù)、盤(pán)旋圈數(shù)=110格斗盤(pán)旋格斗盤(pán)旋盤(pán)旋高度盤(pán)旋高度=9

22、144.0m、盤(pán)旋速度、盤(pán)旋速度=0.9Ma、盤(pán)旋圈數(shù)、盤(pán)旋圈數(shù)=211水平加速水平加速所在高度所在高度=9144.0m、起始速度、起始速度=0.8Ma、終止速度、終止速度=1.60Ma、水平加速允許時(shí)間水平加速允許時(shí)間=50s、最大推力狀態(tài)、最大推力狀態(tài)12投放有效載荷投放有效載荷投放的有效載荷的重量投放的有效載荷的重量=295.74kg （2枚枚AMRAAM導(dǎo)彈）導(dǎo)彈）13投放有效載荷投放有效載荷投放的有效載荷的重量投放的有效載荷的重量=298.0kg （2枚枚AIM-9L導(dǎo)彈和導(dǎo)彈和1/2的炮彈）的炮彈）522.4 設(shè)計(jì)要求示例設(shè)計(jì)要求示例14巡航巡航巡航高度巡航高度=9144.0m、巡

23、航速度、巡航速度=1.5Ma、巡航距離、巡航距離=46.3km15減速爬升減速爬升起始高度起始高度=9144. 0m、終止高度、終止高度=13106.4m、起始速度起始速度=1.5Ma、終止速度、終止速度=0. 9Ma、軍用推力狀態(tài)、軍用推力狀態(tài)16巡航巡航巡航高度巡航高度=13106.4m、巡航速度、巡航速度=0.9Ma、巡航距離、巡航距離=277.8km17下降下降起始高度起始高度=13106.4m、終止高度、終止高度=3048.0m18巡邏待機(jī)巡邏待機(jī)待機(jī)高度待機(jī)高度=3048.0m、待機(jī)速度、待機(jī)速度=0.3Ma、待機(jī)時(shí)間、待機(jī)時(shí)間=0.33h19下降下降起始高度起始高度=3048.0

24、m、終止高度、終止高度=1000.0m20著陸著陸進(jìn)場(chǎng)高度進(jìn)場(chǎng)高度=1000.0m、著陸接地速度、著陸接地速度=70m/s、著陸滑跑距離、著陸滑跑距離=304.8m、機(jī)場(chǎng)海拔高度機(jī)場(chǎng)海拔高度=609.6m、跑道摩阻系數(shù)、跑道摩阻系數(shù)=0.4532.4 設(shè)計(jì)要求示例設(shè)計(jì)要求示例起飛距離起飛距離1500 ft 著陸距離著陸距離1500 ft 最大速度最大速度2.0Ma /40k ft 超音速巡航要求超音速巡航要求1.5Ma /30k ft 加速性能加速性能0.8-1.6Ma /30k ftt50 s 持續(xù)盤(pán)旋過(guò)載持續(xù)盤(pán)旋過(guò)載n5 at 0.9 /30k ftn5 at 1.6Ma /30k ft5

25、42.4 設(shè)計(jì)要求示例設(shè)計(jì)要求示例n飛行員 1名n武器nAMRAAM 2 326 lb/枚枚nAIM-9L 2 191 lb/枚枚n25mm機(jī)炮機(jī)炮 1 270 lb n炮彈炮彈 500 550 lb55復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí) 題題1.飛機(jī)的設(shè)計(jì)要求有哪些基本內(nèi)容？ 3.1 概念構(gòu)思與概念草圖 3.2 飛機(jī)主要總體設(shè)計(jì)參數(shù) 3.3確定飛機(jī)主要參數(shù)的方法 3.4 飛機(jī)重量估計(jì)563.1 概念構(gòu)思與概念草圖n概念構(gòu)思的形成 1.熟知同類(lèi)用途飛機(jī)的布局形式，了解不 同布局的利弊和特點(diǎn)。 2.積累數(shù)據(jù)n飛機(jī)的數(shù)據(jù)n主要標(biāo)準(zhǔn)部件的形狀和重量n了解相關(guān)領(lǐng)域的最新水平 573.1 概念構(gòu)思與概念草圖n概念構(gòu)思的形成 2

26、.積累數(shù)據(jù)飛機(jī)的技術(shù)說(shuō)明書(shū)飛機(jī)的技術(shù)說(shuō)明書(shū) 簡(jiǎn)氏飛機(jī)年鑒簡(jiǎn)氏飛機(jī)年鑒飛機(jī)公司宣傳資料飛機(jī)公司宣傳資料設(shè)計(jì)教科書(shū)設(shè)計(jì)教科書(shū)期刊雜志期刊雜志 互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)主要來(lái)源583.1 概念構(gòu)思與概念草圖n概念構(gòu)思的形成 3.對(duì)各專(zhuān)業(yè)基本知識(shí)的全面了解4.創(chuàng)新的思想5.美學(xué)觀點(diǎn) 概念構(gòu)思的體現(xiàn) 概念草圖（Conceptual Sketch）593.1 概念構(gòu)思與概念草圖n概念草圖n畫(huà)出多個(gè)候選方案，不要指望一開(kāi)始就知道該怎么做。n在可能的情況下對(duì)多個(gè)方案都進(jìn)行分析和優(yōu)化。603.1 概念構(gòu)思與概念草圖n概念草圖的作用n確定你對(duì)要設(shè)計(jì)的方案的整體印象n勾畫(huà)出氣動(dòng)布局n表示出在哪里布置機(jī)組、有效載荷、乘員、起

27、落架、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油和主要的子系統(tǒng)n用于總體設(shè)計(jì)的第一次近似 估算初始的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)613.1 概念構(gòu)思與概念草圖T1 “潮汐獵人潮汐獵人” （330501）T9（330504） 623.2 飛機(jī)主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)n飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程分析重力重力推力推力阻力阻力升力升力來(lái)源：Introduction to Aeronautics:A Design Perspective633.2 飛機(jī)主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)n飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)n設(shè)計(jì)起飛重量 W0 (kg)n動(dòng)力裝置海平面凈推力 T (kg)n機(jī)翼面積 S (m2)n組合參數(shù)n推重比推重比 T/W0 n翼載荷翼載荷 W0 /S (kg/m2)643.2

28、 飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)參數(shù)符號(hào)符號(hào)Aircraft Design: A Conceptual Approach (mks)重量重量 m (kg) W (kg)推力推力F (N) T (kg)重力重力G (N) 推重比推重比F0/G0 T/W0翼載荷翼載荷m0 /S (kg/m2 )W0 /S (kg/m2 )升阻比升阻比K=CL/CD L/D653.3確定飛機(jī)主要參數(shù)的方法n根據(jù)設(shè)計(jì)要求中的飛行性能要求確定翼載根據(jù)設(shè)計(jì)要求中的飛行性能要求確定翼載荷和推重比荷和推重比 - 界限線法 - 對(duì)比分析法 66W/ST/W3.3.1界限線法Vmax = f1(T0/ Wto, Wto/S)L起飛起

29、飛 = f2(T0/ Wto, Wto/S)升限升限 = f3(T0/ Wto, Wto/S)爬升率爬升率= f4(T0/ Wto, Wto/S)V著陸著陸 = f5(T0/ Wto, Wto/S)67SVCTD221對(duì)于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)： H 11000（M） 時(shí)時(shí)DCSWWTV/)/()/(94.15max（km/h） （km/h） 最大平飛速度對(duì)于螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)：對(duì)于螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)： 3max)/()/()/(39.42DCSWWPV（km/h） 68其中：其中：T/W的單位是的單位是10N/kg W/S的單位是的單位是kg/m2 P/W的單位是的單位是 kW/kg =/0= P

30、v/Pv=0 是發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性系數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性系數(shù)= 1-0.32M + 0.40M2 - 0.01M3 CD是阻力系數(shù)是阻力系數(shù) 最大平飛速度69對(duì)于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)：對(duì)于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)：H 11000（M） 時(shí)時(shí))/(965. 0182.57174. 0maxmaxWTKH（km） 最大升限70對(duì)于螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī):H 11000（M） 時(shí)時(shí) )()/(/728. 0182.57058. 03022maxDCWTSWH(km)最大升限71其中：其中： maxmax)(DLCCK最大升阻比最大升阻比 （統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）（統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)） 0max121DDCK20LDDDCCC；1D412MD

31、亞聲速超聲速 ：展弦比：展弦比 最大升限72機(jī)型機(jī)型K KmaxmaxC CJ JC CP PP P單發(fā)（活）單發(fā)（活）10 - 1210 - 12-0.5 - 0.70.5 - 雙發(fā)（活）雙發(fā)（活）9 - 119 - 11-0.5 - 0.70.5 - 0.70.820.82戰(zhàn)斗機(jī)（噴）戰(zhàn)斗機(jī)（噴）6 - 96 - 90.6 - 1.40.6 - 1.4-客機(jī)（噴）客機(jī)（噴）14 - 1814 - 180.5 - 0.90.5 - 0.9-最大升阻比 （統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）73起飛滑跑距離 對(duì)于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)：對(duì)于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)： )/(02. 1 )/(816. 0max,fWTCSW

32、LTOLTO（M） 對(duì)于螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)：對(duì)于螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)： TOLTOLTOCSWfWPCSWLmax,3max,)/(2)/(51/ )/(633. 1（M）其中：其中：f 是機(jī)輪與跑道間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)是機(jī)輪與跑道間的滾動(dòng)摩擦系數(shù) 水泥：水泥：0.035 ； 草地：草地：0.085 CL,max,TO起飛時(shí)最大升力系數(shù)（統(tǒng)計(jì)或經(jīng)驗(yàn)）起飛時(shí)最大升力系數(shù)（統(tǒng)計(jì)或經(jīng)驗(yàn)） 74著陸速度 _,max,)1 (/4 .14XHRLLlmmCSWV（km/h）其中：其中： TOFRWWm_TOHXXHWWm_(WHX是消耗載荷是消耗載荷)CL,max,L著陸時(shí)最大升力系數(shù)（統(tǒng)計(jì)或經(jīng)驗(yàn)）著陸時(shí)最大升力系數(shù)（統(tǒng)

33、計(jì)或經(jīng)驗(yàn)）75CL,max，CL,max,TO和和CL,max,L統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 注：注：CL,max,TO和和CL,max,L與襟翼的類(lèi)型有關(guān)，與襟翼的類(lèi)型有關(guān)，CL,max,TO（或（或CL,max,L）越大，襟翼越復(fù)雜）越大，襟翼越復(fù)雜機(jī)型機(jī)型CL,maxCL,max,TOCL,max,L單發(fā)螺旋漿單發(fā)螺旋漿1.3 - 1.91.3 - 1.91.6 - 2.3雙發(fā)螺旋漿雙發(fā)螺旋漿1.2 - 1.81.2 - 2.01.6 - 2.5戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗機(jī)1.2 - 1.81.4 - 2.01.6 - 2.6噴氣運(yùn)輸機(jī)噴氣運(yùn)輸機(jī)1.2 - 1.81.6 2.21.8 2.8噴氣公務(wù)機(jī)噴氣公務(wù)機(jī)1

34、.4 1.81.6 2.21.6 2.676確定翼載荷和推重比的一般原則n翼載荷的值盡量靠左n推重比的值盡量靠下n留有充足的余量W/ST/W77噴氣支線飛機(jī)翼載荷和推重比的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)型號(hào)乘客人數(shù)翼載荷（kg/m2)推重比(10N/kg)阿夫羅RJ70（英）70 854930.325阿夫羅RJ100（英）1105690.282CRJ200ER（加）504460.353CRJ700 （加）66 784780.371CRJ700ER （加）66 784950.359福克70（荷）70 793930.337摘自國(guó)際航空，2001年第四期78噴氣支線飛機(jī)翼載荷和推重比的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（續(xù)）型號(hào)乘客人數(shù)翼載荷（k

35、g/m2)推重比(10N/kg)ERJ-145ER（巴西）504020.320ERJ170STD（巴西）704870.344ERJ170LR（巴西）705070.331ERJ190-100LR（巴西）985390.338528 Jet（美）55 654250.382728 Jet（美）70 854130.394摘自國(guó)際航空，2001年第四期79油m油油平均巡mmCKMLe11020其中：L和M巡航由設(shè)計(jì)要求給定，K和Ce平均由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出。2. 按飛機(jī)著陸狀態(tài)求出翼載荷 W/S)17 .211)/(2max消耗油著陸著陸（mmvCSWL其中： V著陸由設(shè)計(jì)要求給定，CLmax著陸按機(jī)翼增升裝置

36、取統(tǒng)計(jì)值。（km）3.3.2對(duì)比分析法1.求出在飛行過(guò)程中的相對(duì)燃油消耗量803. 按給定的巡航速度V或 M，算出所需的翼載荷： 216 . 011)/(巡巡油MqCmSWML 其中，qM=1是在給定飛行高度對(duì)應(yīng)于M1時(shí)的速壓；CL巡航按統(tǒng)計(jì)值。 4對(duì)于機(jī)動(dòng)類(lèi)飛機(jī)，按允許使用的升力系數(shù)和允許使用的過(guò)載計(jì)算翼載荷： 機(jī)動(dòng)允許允許油qnCmyLSW6 . 011 )/(3.3.2對(duì)比分析法813.3.2對(duì)比分析法其中，C L允許對(duì)應(yīng)于升力系數(shù)曲線開(kāi)始彎曲時(shí)的值， n L允許按強(qiáng)度規(guī)范（ n L允許=0.5nLMAX），或者按飛行員生理?xiàng)l件的限制來(lái)確定，在機(jī)動(dòng)飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求中，通常給定機(jī)動(dòng)過(guò)載n

37、 L允許和速壓值。 5進(jìn)行翼載荷的選擇 )/()/()/(min/SWSWSWSW826. 按保證平飛的條件計(jì)算推重比： 當(dāng)飛行高度H11000m時(shí)： 調(diào)巡85. 001KtI當(dāng)飛行高度11000m時(shí)：調(diào)巡KtI2 . 110巡K從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中選取: max90. 085. 0KK）（巡調(diào)取0.80.9 3.3.2對(duì)比分析法837按給定的起飛滑跑距離計(jì)算推重比 flCSWtLII起滑起飛max0)/(908. 08對(duì)機(jī)動(dòng)類(lèi)飛機(jī) （1）按給定的爬升速度 調(diào)HyIIIKvvt11max02 . 185. 0H時(shí)時(shí)mHmH1100011000給定的爬升速度 yv給定的飛行速度 v3.3.2對(duì)比分析法8

38、4（2）按給定的 maxq調(diào)HDIVSWqCt)/(max00（3）按在給定的和下，給定的持續(xù)使用過(guò)載 使用yn調(diào)使用使用HyyVKnntmax2021以上三種情況，如在飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)不加力， 1調(diào)加力時(shí)：0 . 25 . 1調(diào)3.3.2對(duì)比分析法859選定飛機(jī)的推重比： VIVIIIIIItttttt000000max10估算飛機(jī)重量Wto11.按所選的(W/S）和t0及所求出的值Wto，計(jì)算： 機(jī)翼面積：S = Wto /（W/S） 起飛推力：T = Wto / t03.3.2對(duì)比分析法863.4 飛機(jī)重量估計(jì)n起飛重量的構(gòu)成起飛重量的構(gòu)成 0crewpayloadfuelemptyWWWW

39、W()()()()(/)(/)fe0crewpayload0000fe000crewpayload00crewpayload0f0e0WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW1WWWW87 估算起飛重量WTO的步驟有效載荷有效載荷WPL假設(shè)一個(gè)可能的假設(shè)一個(gè)可能的WTO計(jì)算所需的燃油重量計(jì)算所需的燃油重量WF計(jì)算可使用空重：計(jì)算可使用空重：WOE可用可用= WTO - WF - WPL計(jì)算可用空重：計(jì)算可用空重：WE可用可用= WOE可用可用 - Wtfo - Wcrew根據(jù)根據(jù)WTO與與WE之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系計(jì)算之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系計(jì)算WE需用需用結(jié)結(jié) 束束%5.0需用需用可用EEEWWW883.4

40、 飛機(jī)重量估計(jì)n空機(jī)重量估計(jì)空機(jī)重量估計(jì) We /W0 =AW0C K vsAA-公制C雙發(fā)渦輪螺槳飛機(jī)0.960.92-0.05噴氣式教練機(jī)1.591.47-0.10噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)2.342.11-0.13軍用貨機(jī)轟炸機(jī)0.930.88-0.07噴氣式運(yùn)輸機(jī)1.020.97-0.06Kvs= 可變后掠常數(shù) = 1.04 對(duì)可變后掠機(jī)翼 = 1.00 對(duì)固定后掠機(jī)翼n復(fù)合材料的應(yīng)用： 近似為We /W0 統(tǒng)計(jì)值的0.95倍893.4 飛機(jī)重量估計(jì)n燃油重量估計(jì)燃油重量估計(jì)n機(jī)上燃油“任務(wù)燃油”儲(chǔ)備燃油“死油”n一級(jí)近似（First-order design） ： 假設(shè)任務(wù)所需燃油與飛機(jī)的重量成正

41、比，則Wf /W0 近似地與飛機(jī)重量無(wú)關(guān)n根據(jù)任務(wù)段重量比計(jì)算n任務(wù)段重量比：飛機(jī)在某一任務(wù)段結(jié)束時(shí)的重量除以該任務(wù)段開(kāi)始時(shí)的重量n任意的第i段： ii-1WWi+1iWW或或903.4 飛機(jī)重量估計(jì)n燃油重量估計(jì)燃油重量估計(jì)n整個(gè)任務(wù)結(jié)束時(shí)的飛機(jī)重量Wx與初始重量W0之比等于各段重量比的乘積n例如：73567124oo123456WWW W WW WWWW W W W W W W913.4 飛機(jī)重量估計(jì)n燃油重量估計(jì)燃油重量估計(jì)n各種任務(wù)段的重量比估算方法n暖機(jī)、起飛、爬升和著陸n忽略下降段任務(wù)段(Wi/Wi-1)暖機(jī)和起飛0.970爬升0.985著陸0.995923.4 飛機(jī)重量估計(jì)n燃油

42、重量估計(jì)燃油重量估計(jì)n各種任務(wù)段的重量比估算方法n巡航根據(jù)勃列蓋（Breguet）航程公式n待機(jī)(Loiter) 根據(jù)續(xù)航時(shí)間公式i 1iWV LRlnC DW( /)ii-1WRCexpWV L DV = 速度 (ft/s 或 m/s)R = 航程 (ft或m) E = 續(xù)航時(shí)間或待機(jī)時(shí)間C = 單位耗油率單位耗油率 L/D = 升阻比升阻比/i 1iWL DElnCW/ii-1WECexpWL D933.4 飛機(jī)重量估計(jì)n單位耗油率（單位耗油率（SFC或或C）n單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生單位推力所消耗的燃油量n對(duì)不同類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)擬和n注意單位！典型噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的 SFC: 1/hrmg/N

43、s巡航待機(jī)純渦輪噴氣式0.925.50.822.7低涵道比渦輪風(fēng)扇0.822.70.719.8高涵道比渦輪風(fēng)扇0.514.10.411.3943.4 飛機(jī)重量估計(jì)n升阻比升阻比nK （或L/D）是設(shè)計(jì)方案總體氣動(dòng)效率的量度n取決于兩個(gè)設(shè)計(jì)因素：機(jī)翼翼展 浸潤(rùn)面積n估算升阻比時(shí)常用的另一個(gè)機(jī)翼設(shè)計(jì)參數(shù)： 展弦比=翼展的平方機(jī)翼參考面積等效展弦比=翼展的平方/（機(jī)翼和鴨翼面積） 953.4 飛機(jī)重量估計(jì)n升阻比升阻比Sjr/S （或或Swet/Sref）等效展弦比等效展弦比 l2/S浸潤(rùn)展弦比浸潤(rùn)展弦比 l2/Sjr概念概念草圖草圖+963.4 飛機(jī)重量估計(jì)n升阻比升阻比巡航待機(jī)噴氣式飛機(jī)0.86

44、6L/DmaxL/Dmax螺旋槳飛機(jī)L/Dmax0.866L/Dmax最大升阻比！最大升阻比！973.4 飛機(jī)重量估計(jì)n 燃油重量估計(jì)燃油重量估計(jì)n在不考慮有效載荷投放的情況下，任務(wù)過(guò)程中的總重減少，必然是燃油消耗所致n任務(wù)中消耗的燃油n一般情況下，可假定余油儲(chǔ)備和死油占6%()x0W1W.()fx00WW106 1WW983.4 飛機(jī)重量估計(jì)n 存在投放有效載荷段的剖面分析方法存在投放有效載荷段的剖面分析方法例：設(shè)總共14段，第7段投放有效載荷W7dropped ，則重量比0crewfixeddroppedfuel0payloadpayload0()eWWWWWWWW6356124oo123

45、45WWW WW WWWW W W W W W6777766660011droppeddroppeddroppedWWWWWWWWWWW 其中其中993.4 飛機(jī)重量估計(jì)n存在投放有效載荷段的剖面分析方法（續(xù)）存在投放有效載荷段的剖面分析方法（續(xù)）著陸重量：任務(wù)中消耗燃油：總的燃油重量：671314114.land0oo561213W WWWWWWWWWW WWW0fusedlanddroppedWWWWfuelfusedWW1003.4 飛機(jī)重量估計(jì)n一級(jí)近似法一級(jí)近似法 （First-order design method）u 任務(wù)段中不得進(jìn)行有效載荷的投放任務(wù)段中不得進(jìn)行有效載荷的投放u

46、 迭代通常只須幾次就可以收斂迭代通常只須幾次就可以收斂101復(fù) 習(xí) 題1.飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)有哪些？2.畫(huà)出一級(jí)近似法估算起飛重量的流程 102第四講第四講 飛機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)飛機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)第四講第四講 飛機(jī)構(gòu)型設(shè)飛機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)計(jì) 飛機(jī)構(gòu)型是指飛機(jī)幾何外形的主要特征及飛機(jī)各種裝載布置方案的總稱(chēng)。104 通常區(qū)分飛機(jī)構(gòu)型主要是根據(jù)部件的外形、數(shù)量和相對(duì)位置：什么是飛機(jī)構(gòu)型- 尾翼的數(shù)目及其與機(jī)翼、機(jī)身的相對(duì)位置- 機(jī)翼的平面形狀及其在機(jī)身上的安裝位置- 發(fā)動(dòng)機(jī)（進(jìn)氣道）數(shù)目和安裝位置- 起落架的型式和收放位置105無(wú)尾式布局n用機(jī)翼后緣處的襟副翼作為縱向配平的操縱面，常采用后掠角較大用機(jī)翼后緣處的襟副

47、翼作為縱向配平的操縱面，常采用后掠角較大的三角形機(jī)翼；的三角形機(jī)翼；n具有穩(wěn)定性的無(wú)尾飛機(jī)進(jìn)行配平時(shí)，襟副翼的升力方向向下，引起具有穩(wěn)定性的無(wú)尾飛機(jī)進(jìn)行配平時(shí)，襟副翼的升力方向向下，引起升力損失；升力損失； n結(jié)構(gòu)重量較輕：無(wú)水平尾翼的重量。結(jié)構(gòu)重量較輕：無(wú)水平尾翼的重量。n氣動(dòng)阻力較小：采用大后掠的三角翼，超音速的阻力更小；氣動(dòng)阻力較小：采用大后掠的三角翼，超音速的阻力更??； n起飛著陸性能不容易保證。起飛著陸性能不容易保證。 106實(shí)例：無(wú)尾式布局幻影幻影20002000正常式和無(wú)尾式飛機(jī)的零升阻力正常式和無(wú)尾式飛機(jī)的零升阻力 協(xié)和協(xié)和號(hào)超音速客機(jī)號(hào)超音速客機(jī)零升零升阻力阻力107飛翼布局

48、隱身性能好隱身性能好升阻比高升阻比高108尾翼與機(jī)翼的相對(duì)位置109正常式飛機(jī) n水平尾翼的氣動(dòng)力水平尾翼的氣動(dòng)力 - - 平尾對(duì)全機(jī)升力貢獻(xiàn)的大小與重心的位置有關(guān)平尾對(duì)全機(jī)升力貢獻(xiàn)的大小與重心的位置有關(guān) - - 縱向靜穩(wěn)定性縱向靜穩(wěn)定性n優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) - - 技術(shù)成熟，所積累的經(jīng)驗(yàn)和資料豐富，設(shè)計(jì)容易成功。技術(shù)成熟，所積累的經(jīng)驗(yàn)和資料豐富，設(shè)計(jì)容易成功。 - - 機(jī)翼的下洗對(duì)尾翼的干擾往往不利，布置不當(dāng)配平阻力比較大機(jī)翼的下洗對(duì)尾翼的干擾往往不利，布置不當(dāng)配平阻力比較大。 110鴨式布局n全機(jī)升力系數(shù)較大；全機(jī)升力系數(shù)較大；nL/DL/D可能較大；可能較大；n為保證飛機(jī)縱向穩(wěn)定性，前

49、翼迎角一般大于機(jī)翼迎角；為保證飛機(jī)縱向穩(wěn)定性，前翼迎角一般大于機(jī)翼迎角；n前翼應(yīng)先失速，否則飛機(jī)有可能無(wú)法控制。前翼應(yīng)先失速，否則飛機(jī)有可能無(wú)法控制。 111n遠(yuǎn)距鴨式布局遠(yuǎn)距鴨式布局 通常用在輕型亞音速飛機(jī)：通常用在輕型亞音速飛機(jī)：AD100AD100和和AD200AD200n近距鴨式布局近距鴨式布局n鴨翼前緣有較大后掠角，面積也比遠(yuǎn)距鴨翼鴨翼前緣有較大后掠角，面積也比遠(yuǎn)距鴨翼( (指戰(zhàn)斗機(jī)指戰(zhàn)斗機(jī)) )大得多。大得多。迎角不太大時(shí)，穩(wěn)定脫體渦，提供非線性升力。迎角不太大時(shí)，穩(wěn)定脫體渦，提供非線性升力。n大迎角時(shí)，鴨翼脫體渦減緩附面層的分離，可以改進(jìn)飛機(jī)的機(jī)動(dòng)大迎角時(shí)，鴨翼脫體渦減緩附面層的

50、分離，可以改進(jìn)飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性和大迎角時(shí)的氣動(dòng)特性。性和大迎角時(shí)的氣動(dòng)特性。n近距鴨式布局飛機(jī)多半為縱向靜不穩(wěn)定或穩(wěn)定性很小：依賴于自近距鴨式布局飛機(jī)多半為縱向靜不穩(wěn)定或穩(wěn)定性很?。阂蕾囉谧詣?dòng)控制系統(tǒng)。動(dòng)控制系統(tǒng)。 - - 實(shí)例：實(shí)例：SAAB-37SAAB-37戰(zhàn)斗機(jī)；戰(zhàn)斗機(jī)；EF2000 EF2000 ；我國(guó)殲；我國(guó)殲-10-10 鴨式布局112Long EZ為什么采用鴨式布局?供業(yè)飛行余愛(ài)好者使用，防失速是最重要的供業(yè)飛行余愛(ài)好者使用，防失速是最重要的! !113尾翼與機(jī)身的相對(duì)位置114尾翼與機(jī)翼機(jī)身的相對(duì)位置(續(xù))n平尾高、底位置平尾高、底位置 - - 上平尾上平尾 - - 中平尾中平尾

51、 - - 下平尾下平尾 - - “T T” 平尾平尾 - - 高置平尾高置平尾115選擇平尾高低位置的原則n避開(kāi)機(jī)翼尾渦的不利干擾避開(kāi)機(jī)翼尾渦的不利干擾 將平尾布置在機(jī)翼翼弦平面上下不超過(guò)將平尾布置在機(jī)翼翼弦平面上下不超過(guò)5 5平均氣動(dòng)力弦長(zhǎng)的位平均氣動(dòng)力弦長(zhǎng)的位置，有可能滿足大迎角時(shí)縱向穩(wěn)定性的要求。置，有可能滿足大迎角時(shí)縱向穩(wěn)定性的要求。n避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴流的不利干擾避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴流的不利干擾n有利于結(jié)構(gòu)布置有利于結(jié)構(gòu)布置 平尾安裝在機(jī)身上對(duì)減輕結(jié)構(gòu)重量有利平尾安裝在機(jī)身上對(duì)減輕結(jié)構(gòu)重量有利 考慮角度考慮角度上平尾上平尾中平尾中平尾下平尾下平尾“T T” 平尾平尾高置平尾高置平尾結(jié)構(gòu)重量結(jié)構(gòu)

52、重量輕輕較輕較輕 輕輕重重 較重較重 116機(jī)翼的平面形狀117直機(jī)翼的特點(diǎn)n主要用在低速飛機(jī)主要用在低速飛機(jī) n低速氣動(dòng)特性良好，誘低速氣動(dòng)特性良好，誘導(dǎo)阻力小、升阻比大。導(dǎo)阻力小、升阻比大。n低速翼剖面的相對(duì)厚度低速翼剖面的相對(duì)厚度比較大，結(jié)構(gòu)布置、強(qiáng)比較大，結(jié)構(gòu)布置、強(qiáng)度和剛度以及重量問(wèn)題度和剛度以及重量問(wèn)題易解決。易解決。新舟新舟60Y12118后掠翼的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n能有效地提高臨界能有效地提高臨界M M數(shù)，延緩激波的產(chǎn)生，避免過(guò)早出數(shù)，延緩激波的產(chǎn)生，避免過(guò)早出現(xiàn)波阻?，F(xiàn)波阻。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n氣動(dòng)方面：在大后掠角和大梯形比情況下，大迎角時(shí)翼氣動(dòng)方面：在大后掠角和大梯形比情況下，

53、大迎角時(shí)翼尖容易先失速，從而使飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性變壞。尖容易先失速，從而使飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性變壞。n對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)布置及其強(qiáng)度、剛度和重量特性的影響不利對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)布置及其強(qiáng)度、剛度和重量特性的影響不利。 119后掠翼的廣泛應(yīng)用（1） 高亞音速民用及軍用飛機(jī)廣泛采用后掠翼高亞音速民用及軍用飛機(jī)廣泛采用后掠翼。轟六轟六120三角翼的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)n具有小展弦比和大后掠角兩方面的特點(diǎn)，其跨音速氣動(dòng)特性良好，具有小展弦比和大后掠角兩方面的特點(diǎn)，其跨音速氣動(dòng)特性良好，氣動(dòng)焦點(diǎn)變化較平穩(wěn)。氣動(dòng)焦點(diǎn)變化較平穩(wěn)。 n根弦較長(zhǎng)，在翼型相對(duì)厚度相同情況下，可得到較大的結(jié)構(gòu)高度。根弦較長(zhǎng)，在翼型相對(duì)厚度相同情況下，

54、可得到較大的結(jié)構(gòu)高度。n三角翼的氣動(dòng)、強(qiáng)度、剛度和重量特性均較好。三角翼的氣動(dòng)、強(qiáng)度、剛度和重量特性均較好。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)n升力線斜率較小，飛行速度較小時(shí)需較大的迎角，才能提供足夠的升力線斜率較小，飛行速度較小時(shí)需較大的迎角，才能提供足夠的升力。升力。n對(duì)于小展弦比大后掠角的三角翼，當(dāng)迎角較大時(shí)，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的下對(duì)于小展弦比大后掠角的三角翼，當(dāng)迎角較大時(shí)，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的下洗氣流，尾翼布置困難。洗氣流，尾翼布置困難。121后掠翼 、三角翼與小展弦比的比較 因素因素后掠翼后掠翼三角翼三角翼小展弦比小展弦比阻力（阻力（M M 1.6)1.6)1 12 23 3阻力（阻力（ M1.6M1.6）3 32 21

55、1重量重量3 31 12 2升力線斜率升力線斜率1 12 2122機(jī)翼在機(jī)身上的安裝位置123為什么大多數(shù)軍用運(yùn)輸機(jī)采用上單翼？為了滿足使用要求，機(jī)身地為了滿足使用要求，機(jī)身地板離地面盡量近。板離地面盡量近。124下單翼（客機(jī)）A320為什么大多數(shù)噴氣客機(jī)采用下單翼？為什么大多數(shù)噴氣客機(jī)采用下單翼？ 機(jī)翼結(jié)構(gòu)可從客艙地板下穿過(guò)機(jī)翼結(jié)構(gòu)可從客艙地板下穿過(guò) 起落架短、結(jié)構(gòu)重量輕、易收放起落架短、結(jié)構(gòu)重量輕、易收放 發(fā)動(dòng)機(jī)和襟翼易于檢查和維修發(fā)動(dòng)機(jī)和襟翼易于檢查和維修 安全考慮：強(qiáng)迫著陸時(shí)，機(jī)翼可起緩沖安全考慮：強(qiáng)迫著陸時(shí)，機(jī)翼可起緩沖作用。作用。不利因素：不利因素： 機(jī)身機(jī)翼氣動(dòng)干擾較大機(jī)身機(jī)翼氣

56、動(dòng)干擾較大 機(jī)翼離地近，吊艙安裝困難。機(jī)翼離地近，吊艙安裝困難。 部分客艙的座位的視線被機(jī)翼遮擋部分客艙的座位的視線被機(jī)翼遮擋 125機(jī)翼在機(jī)身上的安裝位置 因素因素上單翼上單翼中單翼中單翼下單翼下單翼干擾阻力干擾阻力21*3穩(wěn)定性穩(wěn)定性123視界視界123起落架重量起落架重量3*21結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置131安裝吊艙安裝吊艙123*有利于翼身融合，有利于翼身融合， *若收入機(jī)身內(nèi)，無(wú)影響若收入機(jī)身內(nèi)，無(wú)影響 126機(jī)翼位置對(duì)氣動(dòng)特性的影響 翼身組合體的極曲線翼身組合體的極曲線 對(duì)橫滾力矩特性的影響對(duì)橫滾力矩特性的影響 127發(fā)動(dòng)機(jī)（進(jìn)氣道）數(shù)目和安裝位置128發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)目和安裝位置 n發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)目發(fā)

57、動(dòng)機(jī)數(shù)目 - - 單發(fā)：操縱簡(jiǎn)單，附加重量輕，成本低單發(fā)：操縱簡(jiǎn)單，附加重量輕，成本低, ,安全性差安全性差 - - 雙發(fā)（多發(fā)）：生存力強(qiáng)雙發(fā)（多發(fā)）：生存力強(qiáng) n安裝位置安裝位置 - - 單發(fā)：機(jī)身（前、后）單發(fā)：機(jī)身（前、后） - - 雙發(fā)：機(jī)身尾段雙發(fā)：機(jī)身尾段 機(jī)翼下部機(jī)翼下部 機(jī)翼或尾翼根部機(jī)翼或尾翼根部 短艙短艙 129 進(jìn)氣道布局n頭部進(jìn)氣道頭部進(jìn)氣道n布置緊湊，機(jī)身截面小，進(jìn)口氣布置緊湊，機(jī)身截面小，進(jìn)口氣 流均勻，機(jī)炮對(duì)進(jìn)氣影響??；流均勻，機(jī)炮對(duì)進(jìn)氣影響小；不能裝或僅裝小雷達(dá)天線。不能裝或僅裝小雷達(dá)天線。n兩側(cè)進(jìn)氣道兩側(cè)進(jìn)氣道n進(jìn)氣道短，內(nèi)管損失小，機(jī)頭便于裝雷達(dá)天線進(jìn)氣道

58、短，內(nèi)管損失小，機(jī)頭便于裝雷達(dá)天線 n短艙式短艙式n進(jìn)氣道短，不占機(jī)身內(nèi)部空間，對(duì)內(nèi)部布置和結(jié)構(gòu)布置無(wú)干擾；進(jìn)氣道短，不占機(jī)身內(nèi)部空間，對(duì)內(nèi)部布置和結(jié)構(gòu)布置無(wú)干擾；但要增加額外的阻力。但要增加額外的阻力。n腹部進(jìn)氣道腹部進(jìn)氣道n背部進(jìn)氣道背部進(jìn)氣道130進(jìn)氣道布局實(shí)例131發(fā)動(dòng)機(jī)翼吊布局n支持翼吊布局的觀點(diǎn)：支持翼吊布局的觀點(diǎn)：n能減輕結(jié)構(gòu)重量能減輕結(jié)構(gòu)重量n載客量相同時(shí)機(jī)身長(zhǎng)度小載客量相同時(shí)機(jī)身長(zhǎng)度小n發(fā)動(dòng)機(jī)短艙安裝高度小，便發(fā)動(dòng)機(jī)短艙安裝高度小，便于維護(hù)；于維護(hù)；n飛機(jī)重心控制容易。飛機(jī)重心控制容易。 132發(fā)動(dòng)機(jī)尾吊布局n支持尾吊布局觀點(diǎn)：支持尾吊布局觀點(diǎn)：n機(jī)翼升力系數(shù)大；機(jī)翼升力系數(shù)

59、大；n單發(fā)熄火時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)離單發(fā)熄火時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)離機(jī)身近，配平操縱較容易；機(jī)身近，配平操縱較容易；n可采用較短的起落架；可采用較短的起落架；n座艙內(nèi)噪音較小；座艙內(nèi)噪音較小；n機(jī)翼干凈，對(duì)增升裝置影響機(jī)翼干凈，對(duì)增升裝置影響小。小。MD90133公務(wù)機(jī)一般采用尾吊布局134起落架的型式和收放位置135后三點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)-尾輪小而輕，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；尾輪小而輕，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；-可以利用氣動(dòng)阻力提供減速力；可以利用氣動(dòng)阻力提供減速力；n缺點(diǎn)缺點(diǎn)-著陸時(shí)操縱困難著陸時(shí)操縱困難-起飛和著陸滑跑時(shí)不穩(wěn)定起飛和著陸滑跑時(shí)不穩(wěn)定-后三點(diǎn)起落架不能用于噴氣式飛機(jī)后三點(diǎn)起落架不能用于噴氣式飛機(jī)136起飛和著陸滑跑時(shí)不穩(wěn)

60、定后三點(diǎn)137前三點(diǎn)n適用于著陸速度較大的飛機(jī)，在著陸過(guò)適用于著陸速度較大的飛機(jī)，在著陸過(guò)程中操縱駕駛比較容易。程中操縱駕駛比較容易。n具有起飛著陸時(shí)滑跑的穩(wěn)定性。具有起飛著陸時(shí)滑跑的穩(wěn)定性。 n飛行員座艙視界的要求較容易滿足。飛行員座艙視界的要求較容易滿足。 n可使用較強(qiáng)烈的剎車(chē)，縮短滑跑距離。可使用較強(qiáng)烈的剎車(chē)，縮短滑跑距離。n缺點(diǎn)是前輪可能出現(xiàn)前輪缺點(diǎn)是前輪可能出現(xiàn)前輪“擺振擺振” 現(xiàn)象現(xiàn)象。138自行車(chē)式n起落架可收入機(jī)身里，布置起落架艙比起落架可收入機(jī)身里，布置起落架艙比較容易。較容易。 n在起飛滑跑時(shí)，要求較高的駕駛技術(shù)。在起飛滑跑時(shí)，要求較高的駕駛技術(shù)。 n延長(zhǎng)了著陸滑跑距離。延