第二講 飛機設計的依據(jù)

1、第 頁 飛機設計研究所飛機設計研究所航空科學與工程學院航空科學與工程學院飛機總體設計飛機總體設計第二講第二講 1第二講第二講 飛機設計的依據(jù)飛機設計的依據(jù)2.1 飛機的設計要求飛機的設計要求2.2 飛機的設計規(guī)范飛機的設計規(guī)范2.3 飛機的總體技術指標飛機的總體技術指標2.4 設計要求示例設計要求示例22.1 飛機的設計要求飛機的設計要求v設計要求的提出設計要求的提出軍用飛機軍用飛機 通常由軍方根據(jù)如下因素提出：通常由軍方根據(jù)如下因素提出： 政治上，未來政治環(huán)境和沖突規(guī)模的估計政治上，未來政治環(huán)境和沖突規(guī)模的估計 經(jīng)濟上，全壽命費用和承受能力的估計經(jīng)濟上，全壽命費用和承受能力的估計 技術上，未

2、來敵機發(fā)展的估計和新技術的風險技術上，未來敵機發(fā)展的估計和新技術的風險分析分析 來源：來源： 方寶瑞方寶瑞. 飛機氣動布局設計飛機氣動布局設計32.1 飛機的設計要求飛機的設計要求v設計要求的提出設計要求的提出民用飛機民用飛機 民用飛機很難說有什么民用飛機很難說有什么“固定客戶固定客戶”，因，因此要發(fā)展什么樣的飛機，一般由飛機公司此要發(fā)展什么樣的飛機，一般由飛機公司提出初步設想，經(jīng)過與可能用戶的商討，提出初步設想，經(jīng)過與可能用戶的商討，再制定設計要求再制定設計要求 設計要求也需要有正確的預見性，因此必設計要求也需要有正確的預見性，因此必須必須進行長期的市場調查和詳細的分析須必須進行長期的市場調

3、查和詳細的分析研究研究 來源：來源： 方寶瑞方寶瑞. 飛機氣動布局設計飛機氣動布局設計42.1 飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求是一項技術文件，沒有飛機設計要求是一項技術文件，沒有固定格式固定格式v飛機設計要求的基本內容飛機設計要求的基本內容 飛機的用途和任務飛機的用途和任務 所設計的飛機是民用機還是軍用機？所設計的飛機是民用機還是軍用機？ 主要用途是什么？主要用途是什么？ 其他用途又是什么？其他用途又是什么？52.1 飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 任務剖面任務剖面 簡單剖面：簡單剖面：起飛爬升起飛爬升巡航待機巡航待機下降著陸

4、下降著陸62.1 飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 任務剖面任務剖面 作戰(zhàn)剖面：作戰(zhàn)剖面：起飛爬升起飛爬升巡航待機巡航待機 下降投彈下降投彈爬升巡航爬升巡航待機下降待機下降著陸著陸72.1 飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 任務剖面任務剖面82.1 飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 飛行性能飛行性能 最大飛行速度最大飛行速度 升限升限 航程航程 爬升性能爬升性能 加速性能加速性能 減速性能減速性能 盤旋性能盤旋性能 起降性能起降性能9

5、2.1 飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 有效載荷（有效載荷（Payload） 軍機（飛行員、武器）軍機（飛行員、武器） 民機民機 （機組、乘客、貨物）（機組、乘客、貨物） 功能系統(tǒng)功能系統(tǒng) 航電、安全、飛控等航電、安全、飛控等 使用維護要求使用維護要求102.1 飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 機體結構方面的要求機體結構方面的要求 正、負最大過載正、負最大過載 承受動強度、使用壽命承受動強度、使用壽命 研制周期和費用研制周期和費用 民機的經(jīng)濟性指標民機的經(jīng)濟性指標 制造成本制造成本

6、直接運營成本（直接運營成本（Direct operating costs，DOC）112.2 飛機的設計規(guī)范飛機的設計規(guī)范v飛機設計規(guī)范由國家的有關部門制定和頒飛機設計規(guī)范由國家的有關部門制定和頒布，是指導飛機設計工作的通用性技術文件布，是指導飛機設計工作的通用性技術文件v對各類飛機作了許多指令性的規(guī)定對各類飛機作了許多指令性的規(guī)定l飛機的設計情況飛機的設計情況l安全系數(shù)安全系數(shù)l過載系數(shù)過載系數(shù)l飛行載荷飛行載荷l突風載荷突風載荷l飛行品質飛行品質l飛行包線飛行包線l起飛與著陸的要求起飛與著陸的要求l飛機重心的穩(wěn)定性裕度飛機重心的穩(wěn)定性裕度l強度和剛度強度和剛度122.2 飛機的設計規(guī)范飛機

7、的設計規(guī)范v典型的設計規(guī)范典型的設計規(guī)范 美國美國 軍用飛機設計規(guī)范（軍用飛機設計規(guī)范（MIL） 聯(lián)邦適航性條例（聯(lián)邦適航性條例（FAR-25、FAR-23） 中國中國 軍用飛機強度規(guī)范軍用飛機強度規(guī)范 中國民用航空規(guī)章（中國民用航空規(guī)章（CCAR-25、CCAR-23 ）132.3 飛機的總體技術指標飛機的總體技術指標v制定制定 由總設計師和總體設計部門，根據(jù)飛機使用技由總設計師和總體設計部門，根據(jù)飛機使用技術要求或戰(zhàn)術技術要求，以及有關的設計規(guī)范術要求或戰(zhàn)術技術要求，以及有關的設計規(guī)范和適航標準等文件而制定和適航標準等文件而制定v目的目的 為了全面指導和協(xié)調整個飛機設計的工作為了全面指導和

8、協(xié)調整個飛機設計的工作v內容內容 飛機設計要求的具體化和某些必要的補充飛機設計要求的具體化和某些必要的補充 考慮當前和今后一個時期內，該指標有一定的考慮當前和今后一個時期內，該指標有一定的先進性和現(xiàn)實可能性先進性和現(xiàn)實可能性14v具體項目具體項目 最大使用過載最大使用過載 最大最大速壓最大最大速壓 溫度指標溫度指標 飛行包線飛行包線 飛機的飛行特征飛機的飛行特征 和飛行高度的范圍和飛行高度的范圍 maxmaxmaxmaxqqq對應于某高度下的最大速度對應于某高度下的最大速度“裕度裕度”maxqmaxq2.3 飛機的總體技術指標飛機的總體技術指標152.4 設計要求示例設計要求示例v類型與用途類

9、型與用途 作為與先進戰(zhàn)術戰(zhàn)斗機（Advanced Tactical Fighter，ATF）進行“高低搭配”的低端機型 執(zhí)行空對空作戰(zhàn)的 單座輕型戰(zhàn)斗機 盡可能地采用新技術 以滿足任務要求來源：來源：Aircraft Engine Design,1987 (2nd Edition, 2002)162.4 設計要求示例設計要求示例v任務剖面任務剖面14個任務段個任務段20個任務段！個任務段！172.4 設計要求示例設計要求示例v任務剖面任務剖面序號任務段名稱任務段數(shù)據(jù)1起飛起飛時間=3min、起飛滑跑距離=304.80m、最小失速速度=53.34m/s、機場海拔高度=609.60m、跑道摩阻系數(shù)

10、=0.052水平加速所在高度=609.60m、起始速度=0.18Ma、終止速度=0.70Ma、水平加速允許時間=30.42s、軍用推力狀態(tài)3加速爬升起始高度=609.60m、終止高度=13106.4m、起始速度=0.70Ma、終止速度=0. 90Ma、軍用推力狀態(tài)4巡航巡航高度=13106.4m、巡航速度=0. 90Ma、巡航距離=277.8km5下降起始高度=13106.4m、終止高度=9144. 0m6巡邏待機待機高度=9144.0m、待機速度=0. 68Ma、待機時間=0.33h182.4 設計要求示例設計要求示例v任務剖面任務剖面7水平加速所在高度=9144.0m、起始速度=0.68M

11、a、終止速度=1.50Ma、水平加速允許時間=50s、最大推力狀態(tài)8巡航巡航高度=9144.0m、巡航速度=1.5Ma、巡航距離=185.2km9格斗盤旋盤旋高度=9144.0m、盤旋速度=1.6Ma、盤旋圈數(shù)=110格斗盤旋盤旋高度=9144.0m、盤旋速度=0.9Ma、盤旋圈數(shù)=211水平加速所在高度=9144.0m、起始速度=0.8Ma、終止速度=1.60Ma、水平加速允許時間=50s、最大推力狀態(tài)12投放有效載荷投放的有效載荷的重量=295.74kg （2枚AMRAAM導彈）13投放有效載荷投放的有效載荷的重量=298.0kg （2枚AIM-9L導彈和1/2的炮彈）192.4 設計要求

12、示例設計要求示例v任務剖面任務剖面14巡航巡航高度=9144.0m、巡航速度=1.5Ma、巡航距離=46.3km15減速爬升起始高度=9144. 0m、終止高度=13106.4m、起始速度=1.5Ma、終止速度=0. 9Ma、軍用推力狀態(tài)16巡航巡航高度=13106.4m、巡航速度=0.9Ma、巡航距離=277.8km17下降起始高度=13106.4m、終止高度=3048.0m18巡邏待機待機高度=3048.0m、待機速度=0.3Ma、待機時間=0.33h19下降起始高度=3048.0m、終止高度=1000.0m20著陸進場高度=1000.0m、著陸接地速度=70m/s、著陸滑跑距離=304.8m、機場海拔高度=609.6m、跑道摩阻系數(shù)=0.4202.4 設計要求示例設計要求示例v性能要求性能要求起飛距離1500 ft 著陸距離1500 ft 最大速度2.0Ma /40k ft 超音速巡航要求1.5Ma /30k ft 加速性能0.8-1.6Ma /30k ftt50 s 持續(xù)盤旋過