機身外形的設(shè)計

1、航空宇航學院機身外形的初步設(shè)計航空宇航學院飛機總體設(shè)計框架設(shè)計要求 布局型式選擇布局型式選擇 主要參數(shù)計算主要參數(shù)計算 發(fā)動機選擇發(fā)動機選擇部件外形設(shè)計部件外形設(shè)計機身機身 機翼機翼 尾翼尾翼 起落架起落架 進氣道進氣道 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 分析計算分析計算重量計算重量計算 氣動計算氣動計算性能計算性能計算 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析 是否滿足是否滿足設(shè)計要求？設(shè)計要求？最優(yōu)最優(yōu)？航空宇航學院內(nèi)容提要 設(shè)計機身所考慮的主要因素設(shè)計機身所考慮的主要因素 機身外形的主要參數(shù)機身外形的主要參數(shù) 機身參數(shù)對氣動和結(jié)構(gòu)的影響機身參數(shù)對氣動和結(jié)構(gòu)的影響 機身外形主要參數(shù)的初步確定機

2、身外形主要參數(shù)的初步確定 機身外形的初步設(shè)計要點機身外形的初步設(shè)計要點 面積律面積律 機身外形初步設(shè)計的步驟機身外形初步設(shè)計的步驟 舉例航空宇航學院設(shè)計機身所考慮的主要因素設(shè)計機身所考慮的主要因素 裝載要求：裝載要求：有足夠大的內(nèi)部容積有足夠大的內(nèi)部容積 氣動要求：氣動要求：氣動阻力小氣動阻力小 結(jié)構(gòu)要求：結(jié)構(gòu)要求：有利于結(jié)構(gòu)布置有利于結(jié)構(gòu)布置 航空宇航學院機身外形的主要參數(shù) 描述方法之一： - 總長度：L身 - 最大橫截面積S：身 - 機身長徑比：身 = L身 / d身 max,4身身Sdd身是S身的當量直徑： - 頭部長徑比：頭 = L頭 / d頭- 尾部長徑比：尾 = L尾 / d尾 航

3、空宇航學院描述方法之二： - 最大直徑：最大直徑：df - 總長度總長度lf - lfc , fc 航空宇航學院機身參數(shù)對氣動和結(jié)構(gòu)特性的影響機身參數(shù)對氣動和結(jié)構(gòu)特性的影響 機身長徑比機身長徑比身對阻力的影響身對阻力的影響1）機身的壓差阻力和波阻，隨）機身的壓差阻力和波阻，隨 增大而降低。增大而降低。2）摩擦阻力隨）摩擦阻力隨 有可能增加。有可能增加。 航空宇航學院整個機身的阻力系數(shù)與整個機身的阻力系數(shù)與M數(shù)有關(guān)：數(shù)有關(guān)： M=0.6時，時， =3.5最有利最有利 M=0.9時，時， =6.5最有利最有利 對應(yīng)一定對應(yīng)一定M數(shù)，存在一個最有利的長徑比數(shù)，存在一個最有利的長徑比 fc的影響的影響

4、 1）fc變大：摩擦阻力小，型阻增大變大：摩擦阻力小，型阻增大，尾翼面積會增加；尾翼面積會增加； 2）fc變?。耗Σ磷枇υ龃?，型阻小，尾翼面積減小變?。耗Σ磷枇υ龃?，型阻小，尾翼面積減?。?3）fc的大小與著陸時著地角有關(guān)的大小與著陸時著地角有關(guān) 航空宇航學院機身外形參數(shù)的初步確定機身外形參數(shù)的初步確定 機身長徑比機身長徑比的選擇（參考統(tǒng)計數(shù)據(jù)）的選擇（參考統(tǒng)計數(shù)據(jù)） 長徑比長徑比低速低速M 0.7高亞音速高亞音速M （0.8 - 0.9）超音速超音速身身6 - 98 - 1310 -20頭頭1.2 - 2.01.7 - 2.54 - 6尾尾2 - 33 - 45 - 7航空宇航學院 df /

5、 lf ，lfc , fc 的選擇的選擇 機型機型lf / df lfc / df fc (deg)單發(fā)螺旋漿單發(fā)螺旋漿5 - 83 - 43 - 9雙發(fā)螺旋漿雙發(fā)螺旋漿3.6 - 82.6 - 46 - 13戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機7 - 113 - 50 - 8噴氣旅客機噴氣旅客機噴氣公務(wù)機6.8 - 11.57 9.51.8 42.5 - 511 166 - 11航空宇航學院 最大橫截面積S身的確定 原則：按照機身內(nèi)部裝載要求，由里向外方式確定S身 對于戰(zhàn)斗機：h 5 cm 小型民用機: h 3.8 cm 噴氣旅客機: h 0.02df + 2.54 （cm)h航空宇航學院機身外形的初步設(shè)計機身外形

6、的初步設(shè)計 控制截面的確定 - 按內(nèi)部裝載的要求定出各個橫截面 - 截面形狀盡量設(shè)計成圓形 表面面積小，有利于減少摩擦阻力； 對于氣密艙，有利于承受內(nèi)壓； - 不能采用圓形時，由圓弧組成 - 低速輕型飛機，主要考慮裝載要求，常采用非圓形截面。航空宇航學院戰(zhàn)斗機大型客機客艙的高度應(yīng)該不小于1.9米，但也不能大于2.5米。航空宇航學院各種非圓形機身截面形狀航空宇航學院公務(wù)機由多段圓弧構(gòu)成的截面航空宇航學院超大型客機的截面形狀航空宇航學院A380 的機身截面形狀航空宇航學院客艙的等級航空宇航學院座椅的尺寸 參見第9章航空宇航學院座椅的縱向布置 參見第9章航空宇航學院 客艙的座位安排：與長徑比協(xié)調(diào)航空

7、宇航學院 側(cè)視圖外形的設(shè)計側(cè)視圖外形的設(shè)計 亞音速：亞音速： 流線型，最大橫截面在流線型，最大橫截面在1/3處處 高亞音速：層流機身，最大橫截面在高亞音速：層流機身，最大橫截面在45%處處 超音速：超音速： 指數(shù)曲線系列指數(shù)曲線系列或或拋物線系列拋物線系列 機尾外形的設(shè)計機尾外形的設(shè)計fc通常通常1116左右（噴氣客機）左右（噴氣客機）lfc / df通常為通常為1.8 4航空宇航學院 機頭外形的設(shè)計機頭外形的設(shè)計 - 駕駛員視角大于15度。 - 考慮臨界M的要求航空宇航學院航空宇航學院面積律面積律 面積律是研究飛機機體橫截面積的分布規(guī)律與波阻之間相互關(guān)系的理論 為使飛機在跨音速范圍內(nèi)的阻力最

8、小，飛機各個部件組合在一起的橫截面積的分布圖形，應(yīng)該相當于一個最小阻力的當量旋成體圖形。 航空宇航學院 （1）不考慮面積律要求）不考慮面積律要求 （2）考慮面積律要求）考慮面積律要求 （a）機翼機身組合體）機翼機身組合體 （b）當量旋成體）當量旋成體 （c）橫截面積分布）橫截面積分布 航空宇航學院 按面積律的要求對飛機進行修形：按面積律的要求對飛機進行修形： - 將機身中段收縮成蜂腰形將機身中段收縮成蜂腰形 - 將平尾、垂尾及發(fā)動機短艙等部件的縱向位置錯開將平尾、垂尾及發(fā)動機短艙等部件的縱向位置錯開 應(yīng)用例子應(yīng)用例子 - 美國美國F102和和B-58 - 我國我國Q-5型強擊機和型強擊機和J-

9、12殲擊機殲擊機 航空宇航學院美國美國B-58飛機橫截面積分布圖飛機橫截面積分布圖 1機身；機身；2機翼；機翼；3內(nèi)側(cè)發(fā)動機短艙；內(nèi)側(cè)發(fā)動機短艙；4掛架；掛架；5外側(cè)發(fā)動機短艙；外側(cè)發(fā)動機短艙；6掛架；掛架；7整流包皮；整流包皮；8尾翼尾翼。 航空宇航學院按面積律要求修形的效果按面積律要求修形的效果 注：當注：當1.5以后，效果就不顯著以后，效果就不顯著 航空宇航學院機身外形初步設(shè)計的步驟機身外形初步設(shè)計的步驟 回顧設(shè)計要求的有效載荷，列出有效載荷項目 （如旅客人數(shù)等）； 根據(jù)所選的內(nèi)部座位和裝載要求，確定最大當量直徑df和橫截面形狀，以及控制截面形狀； 考慮結(jié)構(gòu)高度要求，將df和橫截面形狀適

10、當放大。 參考同類飛機，選定長徑比身，頭，尾或lf / df，lfc / df，fc ； 根據(jù)身和df確定機身長度或根據(jù)裝載要求根據(jù)機身長度； 畫出機身外形草圖。 航空宇航學院DC-9系列飛機系列飛機航空宇航學院MD-82飛機飛機航空宇航學院MD-82飛機商載空重比飛機商載空重比 表1 全機總長、商載和空重數(shù)據(jù) 表2 商載空重比 航空宇航學院MD-82MD-82改型和改型和DC-9-50DC-9-50改型收益的比較改型收益的比較 表3 MD-82和DC-9-50改型收益比較 航空宇航學院加長機身的影響加長機身的影響 1.拉長機身，惡化了大迎角狀態(tài)下的縱向力矩特性 2.機身的加長使機身縱向剛度降低 3.加長機身增加了飛機縱向和側(cè)向慣量矩 航空宇航學院機身頭部和尾段設(shè)