飛機總體設(shè)計3

1、飛機總體設(shè)計第三講飛機總體設(shè)計第三講飛機設(shè)計教研室飛機設(shè)計教研室第三講：飛機總體設(shè)計的第一次近似第三講：飛機總體設(shè)計的第一次近似 概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖 飛機的主要總體設(shè)計參數(shù)飛機的主要總體設(shè)計參數(shù) 初步重量估計初步重量估計 權(quán)衡研究權(quán)衡研究 推重比與翼載荷推重比與翼載荷概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念構(gòu)思的形成概念構(gòu)思的形成 熟知同類用途飛機的布局形式，了解不同布局熟知同類用途飛機的布局形式，了解不同布局的利弊和特點的利弊和特點概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念構(gòu)思的形成概念構(gòu)思的形成 積累數(shù)據(jù)積累數(shù)據(jù) 飛機的數(shù)據(jù) 主要標準部件的形狀和重量 座椅、炸彈、機炮、

2、集裝箱 可能的發(fā)動機 了解相關(guān)領(lǐng)域的最新水平 氣動、結(jié)構(gòu)、飛控系統(tǒng)、隱身技術(shù) “ “勿在浮砂筑高臺勿在浮砂筑高臺” ” 候俊杰候俊杰 深入深入淺淺出出MFCMFC概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念構(gòu)思的形成概念構(gòu)思的形成 積累數(shù)據(jù)積累數(shù)據(jù) 主要的數(shù)據(jù)來源飛機的技術(shù)說明書飛機的技術(shù)說明書 簡氏飛機年鑒簡氏飛機年鑒 （Janes All The Worlds Aircraft）飛機公司宣傳資料飛機公司宣傳資料設(shè)計教科書設(shè)計教科書期刊雜志期刊雜志 互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念構(gòu)思的形成概念構(gòu)思的形成 對各專業(yè)基本知識的全面了解對各專業(yè)基本知識的全面了解 創(chuàng)新的思想創(chuàng)

3、新的思想 美學觀點美學觀點v概念構(gòu)思的體現(xiàn)概念構(gòu)思的體現(xiàn) 概念草圖概念草圖（Conceptual Sketch）概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念草圖概念草圖 畫出多個候選方案，不要指望一開始就知道該怎么做畫出多個候選方案，不要指望一開始就知道該怎么做 在可能的情況下對多個方案都進行分析和優(yōu)化在可能的情況下對多個方案都進行分析和優(yōu)化概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念草圖概念草圖來源：KirschbaumsAircraft DesignHandbook, AircraftDesign Aid and LayoutGuide概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v草圖的作用草圖的作用

4、 確定你對要設(shè)計的方案的整體印象確定你對要設(shè)計的方案的整體印象 勾畫出氣動布局勾畫出氣動布局 表示出在哪里布置機組、有效載荷、乘員、表示出在哪里布置機組、有效載荷、乘員、起落架、發(fā)動機、燃油和主要的子系統(tǒng)起落架、發(fā)動機、燃油和主要的子系統(tǒng) 用于總體設(shè)計的第一次近似用于總體設(shè)計的第一次近似 估算初始的主要總體設(shè)計參數(shù)估算初始的主要總體設(shè)計參數(shù)飛機的主要總體設(shè)計參數(shù)飛機的主要總體設(shè)計參數(shù)v飛機運動方程分析飛機運動方程分析重力重力推力推力阻力阻力升力升力來源：Introduction to Aeronautics:A Design Perspective飛機的主要總體設(shè)計參數(shù)飛機的主要總體設(shè)計參數(shù)v

5、飛機的主要總體設(shè)計參數(shù)飛機的主要總體設(shè)計參數(shù) 設(shè)計起飛重量設(shè)計起飛重量 W0 (kg) 動力裝置海平面凈推力動力裝置海平面凈推力 T (kg) 機翼面積機翼面積 S (m2) 組合參數(shù)組合參數(shù) 推重比推重比 T/W0 翼載荷翼載荷 W0 /S (kg/m2)飛機的主要總體設(shè)計參數(shù)飛機的主要總體設(shè)計參數(shù)v 符號與單位說明符號與單位說明參數(shù)參數(shù)飛機總體設(shè)計飛機總體設(shè)計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 (

6、kg/m2 )W0 /S (kg/m2 )升阻比升阻比K=CL/CD L/D飛機的主要總體設(shè)計參數(shù)飛機的主要總體設(shè)計參數(shù)vSizing參數(shù)選擇；定參數(shù)參數(shù)選擇；定參數(shù)！本講介紹的簡化方法，僅適合用于既不進行格斗，也不作裝載放的飛行任務！本講介紹的簡化方法，僅適合用于既不進行格斗，也不作裝載放的飛行任務！初步重量估計初步重量估計v起飛重量的構(gòu)成起飛重量的構(gòu)成 0crewpayloadfuelemptyWWWWW()()()()(/)(/)fe0crewpayload0000fe000crewpayload00crewpayload0f0e0WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW1WWWW乘員

7、乘員有效有效載荷載荷燃油燃油空機空機重量重量初步重量估計初步重量估計v空機重量估計空機重量估計 對不同類型的飛機，可以統(tǒng)計出一定的趨勢對不同類型的飛機，可以統(tǒng)計出一定的趨勢初步重量估計初步重量估計v空機重量估計空機重量估計 We /W0 =AW0C K vsAA-公制公制C雙發(fā)渦輪螺槳飛機雙發(fā)渦輪螺槳飛機0.960.92-0.05噴氣式教練機噴氣式教練機1.591.47-0.10噴氣式戰(zhàn)斗機噴氣式戰(zhàn)斗機2.342.11-0.13軍用貨機轟炸機軍用貨機轟炸機0.930.88-0.07噴氣式運輸機噴氣式運輸機1.020.97-0.06Kvs= 可變后掠常數(shù) = 1.04 對可變后掠機翼 = 1.0

8、0 對固定后掠機翼 復合材料的應用：復合材料的應用： 近似為近似為We /W0 統(tǒng)計值的統(tǒng)計值的0.95倍倍初步重量估計初步重量估計v燃油重量估計燃油重量估計 機上燃油機上燃油“任務燃油任務燃油”儲備燃油儲備燃油“死油死油” 一級近似（一級近似（First-order design） ： 假設(shè)任務所需燃油與飛機的重量成正比，假設(shè)任務所需燃油與飛機的重量成正比，則則Wf /W0 近似地與飛機重量無關(guān)近似地與飛機重量無關(guān) 根據(jù)任務段重量比計算根據(jù)任務段重量比計算 任務段重量比：飛機在某一任務段結(jié)束時的重量除以該任務段開始時的重量 任意的第i段： ii-1WWi+1iWW或或初步重量估計初步重量估計

9、v燃油重量估計燃油重量估計 整個任務結(jié)束時的飛機重量整個任務結(jié)束時的飛機重量Wx與初始重量與初始重量W0之比等于各段重量比的乘積之比等于各段重量比的乘積 例如：例如：73567124oo123456WWW W WW WWWW W W W W W W初步重量估計初步重量估計v燃油重量估計燃油重量估計 各種任務段的重量比估算方法各種任務段的重量比估算方法 暖機、起飛、爬升和著陸 忽略下降段任務段任務段(Wi/Wi-1)暖機和起飛暖機和起飛0.970爬升爬升0.985著陸著陸0.995初步重量估計初步重量估計v燃油重量估計燃油重量估計 各種任務段的重量比估算方法各種任務段的重量比估算方法 巡航根據(jù)勃

10、列蓋（Breguet）航程公式 待機(Loiter) 根據(jù)續(xù)航時間公式i 1iWV LRlnC DWV = 速度 (ft/s 或 m/s)R = 航程 (ft或m) E = 續(xù)航時間或待機時間C = 單位耗油率單位耗油率 L/D = 升阻比升阻比( /)ii-1WRCexpWV L D/i 1iWL DElnCW/ii-1WECexpWL D初步重量估計初步重量估計v單位耗油率（單位耗油率（SFC或或C） 單位時間內(nèi)產(chǎn)生單位推力所消耗的燃油量單位時間內(nèi)產(chǎn)生單位推力所消耗的燃油量 對不同類型的發(fā)動機可以進行統(tǒng)計擬和對不同類型的發(fā)動機可以進行統(tǒng)計擬和 注意單位！注意單位！典型噴氣式發(fā)動機的典型噴氣

11、式發(fā)動機的 SFC: 1/hrmg/Ns巡航巡航待機待機純渦輪噴氣式純渦輪噴氣式0.925.50.822.7低涵道比渦輪風扇低涵道比渦輪風扇0.822.70.719.8高涵道比渦輪風扇高涵道比渦輪風扇0.514.10.411.3初步重量估計初步重量估計v升阻比升阻比 K （或（或L/D）是設(shè)計方案總體氣動效率的量度）是設(shè)計方案總體氣動效率的量度 取決于兩個設(shè)計因素：機翼翼展取決于兩個設(shè)計因素：機翼翼展 浸潤面積浸潤面積 估算升阻比時常用的另一個機翼設(shè)計參數(shù)：估算升阻比時常用的另一個機翼設(shè)計參數(shù)： 展弦比展弦比=翼展的平方機翼參考面積翼展的平方機翼參考面積等效展弦比等效展弦比=aMacmaxaC

12、噴氣教練機噴氣教練機4.737-0.979噴氣戰(zhàn)斗機（格斗）噴氣戰(zhàn)斗機（格斗） 5.416-0.622噴氣戰(zhàn)斗機（其它）噴氣戰(zhàn)斗機（其它） 4.110-0.622軍用運輸軍用運輸/轟炸機轟炸機5.570-1.075噴氣運輸機噴氣運輸機7.500等效展弦比=翼展的平方/（機翼和鴨翼面積） 初步重量估計初步重量估計v升阻比升阻比Sjr/S （或或Swet/Sref）等效展弦比等效展弦比 l2/S浸潤展弦比浸潤展弦比 l2/Sjr概念概念草圖草圖+ +初步重量估計初步重量估計v升阻比升阻比最大升阻比！最大升阻比！巡航巡航待機待機噴氣式噴氣式飛機飛機0.866L/DmaxL/Dmax螺旋槳螺旋槳飛機飛

13、機L/Dmax0.866L/Dmax初步重量估計初步重量估計v 燃油重量估計燃油重量估計 在不考慮有效載荷投放的情況下，任務過程在不考慮有效載荷投放的情況下，任務過程中的總重減少，必然是燃油消耗所致中的總重減少，必然是燃油消耗所致 任務中消耗的燃油任務中消耗的燃油 一般情況下，可假定余油儲備和死油占一般情況下，可假定余油儲備和死油占6%()x0W1W.()fx00WW106 1WW初步重量估計初步重量估計v一級近似法一級近似法 （First-order design method） u 任務段中不得進行有效載荷的投放任務段中不得進行有效載荷的投放u 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權(quán)衡研究（權(quán)衡研究（Trade Studies）v 方案研究中的一個重要環(huán)節(jié)是與用戶一道方案研究中的一個重要環(huán)節(jié)是與用戶一道評審和仔細分析設(shè)計要求評審和仔細分析設(shè)計要求v 通過對要求中的項目進行變化，可以分析通過對要求中的項目進行變化，可以分析出該項目對起飛總重的影響，進而更合理出該項目對起飛總重的影響，進而更合理地確定要求的取值地確定要求的取值v 還可以反映出新技術(shù)（如采用某種復合材還可以反映出新技術(shù)（如采用某種復合材料）對設(shè)計的影響料）對設(shè)計的影響權(quán)衡研究（權(quán)衡研究（Trade Studi