飛機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)總體

飛機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)總體飛機(jī)總體設(shè)計(jì)框架設(shè)計(jì)要求

布局型式選擇

主要參數(shù)計(jì)算

發(fā)動(dòng)機(jī)選擇部件外形設(shè)計(jì)機(jī)身機(jī)翼

尾翼

起落架進(jìn)氣道

三面圖部位安排圖結(jié)構(gòu)布置圖

分析計(jì)算重量計(jì)算氣動(dòng)計(jì)算性能計(jì)算結(jié)構(gòu)分析

是否滿足設(shè)計(jì)要求？最優(yōu)？什么是飛機(jī)構(gòu)型指飛機(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。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：-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影響飛機(jī)構(gòu)型選擇的因素

性能和使用要求技術(shù)儲(chǔ)備

市場因素

設(shè)計(jì)傳統(tǒng)和風(fēng)格

EF2000F-22S-37飛機(jī)構(gòu)型選擇的思維特點(diǎn)

創(chuàng)造性非邏輯性思維非唯一性雖然設(shè)計(jì)要求相同但構(gòu)型可完全不同飛機(jī)構(gòu)型的非唯一性（1）

幻影-2000

-無尾布局型式-機(jī)翼形狀：三角翼-蜂腰形機(jī)身-一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝在機(jī)身尾段-機(jī)身兩側(cè)的進(jìn)氣道F-16

-正常式的布局型式-切角三角形的中單翼-翼身融合體-機(jī)身腹部進(jìn)氣-一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝在機(jī)身尾段飛機(jī)構(gòu)型的非唯一性（2）

Vulcan B-47起飛質(zhì)量81.6T79T載彈量9.5T 10T最大速1038km/h1050km/h航程7650km6500km

“火神”采用無尾三角翼布局形式，4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。B-47采用后掠翼的布局型式，6臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。

B-47與“火神”飛機(jī)1.尾翼的數(shù)目及其與機(jī)翼、機(jī)身的相對(duì)位置平尾前、后位置與數(shù)目

1．正常式

2．鴨式（Canard）

3．無尾式正常式飛機(jī)

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)-縱向靜穩(wěn)定性優(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。-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。

鴨式布局全機(jī)升力系數(shù)較大；L/D可能較大；為了保證飛機(jī)的縱向穩(wěn)定性，前翼的迎角必須大于機(jī)翼的迎角；前翼應(yīng)先失速，否則飛機(jī)有可能無法控制。

鴨式布局遠(yuǎn)距鴨式布局

通常用在輕型亞音速飛機(jī)：AD100和AD200近距鴨式布局-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))大得多。迎角不太大時(shí)，穩(wěn)定脫體渦，提供非線性升力-在大迎角時(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)性和大迎角時(shí)的氣動(dòng)特性。-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)。-實(shí)例：SAAB-37戰(zhàn)斗機(jī)；EF2000；我國新殲

實(shí)例：鴨式布局LongEZ為什么采用鴨式布局?供業(yè)飛行余愛好者使用防失速是最重要的!Proteus為什么采用鴨式布局?考慮任務(wù)載荷的多樣性是首要任務(wù)UniqueConfigurationAdaptstomanyMissionRequirementsModularityisKeytoMulti-MissionCapabilityMidFuselageisaDedicatedPayloadComponentWingandCanardtipscanextendtoadapttheVehicleAerodynamicstoawiderangeofPayloads無尾式布局用機(jī)翼后緣處的襟副翼作為縱向配平的操縱面，往往采用后掠角較大的三角形機(jī)翼；具有穩(wěn)定性的無尾飛機(jī)進(jìn)行配平時(shí)，襟副翼的升力方向向下，引起升力損失；結(jié)構(gòu)重量較輕：無水平尾翼的重量；氣動(dòng)阻力較?。翰捎么蠛舐拥娜且?，超音速的阻力更小；起飛著陸性能不容易保證。

實(shí)例：無尾式布局幻影2000正常式和無尾式飛機(jī)的零升阻力

尾翼的數(shù)目及其與機(jī)翼、機(jī)身的相對(duì)位置

(續(xù))平尾高、底位置-上平尾-中平尾-下平尾-

“T”平尾-

高置平尾選擇平尾高低位置的原則避開機(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5％平均氣動(dòng)力弦長的位置，有可能滿足大迎角時(shí)縱向穩(wěn)定性的要求。避開尾噴流的不利干擾有利于結(jié)構(gòu)布置平尾安裝在機(jī)身上對(duì)減輕結(jié)構(gòu)重量有利考慮角度上平尾中平尾下平尾“T”平尾高置平尾結(jié)構(gòu)布置

不同平尾高低位置的實(shí)例米格15波音717垂尾的位置和數(shù)目

位置-機(jī)身尾部：大多數(shù)飛機(jī)垂尾裝在機(jī)身尾部-機(jī)翼上部：數(shù)目：-單垂尾：多數(shù)飛機(jī)采用單垂尾，高速飛機(jī)加裝背鰭和腹鰭

-雙垂尾：壓力中心的高度顯著降低，可以減小由側(cè)力所造成的機(jī)身扭矩可顯著地降低其側(cè)向的“雷達(dá)散射截面”（RCS）

-無垂尾：B-2實(shí)例蘇27YB-492.翼的平面形狀及其

在機(jī)身上的安裝位置機(jī)翼的平面形狀-直機(jī)翼-后掠翼-三角翼-小展弦比在機(jī)身上的安裝位置-上單翼

-中單翼

-下單翼

直機(jī)翼的特點(diǎn)主要用在低速飛機(jī)低速氣動(dòng)特性良好，誘導(dǎo)阻力小、升阻比大低速翼剖面的相對(duì)厚度比較大，結(jié)構(gòu)布置、強(qiáng)度和剛度以及重量問題易解決。后掠翼的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

-能有效地提高臨界M數(shù)，延緩激波的產(chǎn)生，避免過早出現(xiàn)波阻。缺點(diǎn)：

-氣動(dòng)方面：在大后掠角和大梯形比的情況下，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。

-對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的布置及其強(qiáng)度、剛度和重量特性的影響不利。不同形式的后掠翼后掠翼的廣泛應(yīng)用（1）高亞音速的民用及軍用飛機(jī)普遍廣泛地采用后掠翼轟六后掠翼的廣泛應(yīng)用（2）對(duì)于超音速飛機(jī)，后掠翼可以改善其跨音速的氣動(dòng)特性。F-86F-14三角翼的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)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)。根弦較長，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。三角翼的氣動(dòng)、強(qiáng)度、剛度和重量特性均較好。缺點(diǎn)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。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。不同形式的三角翼幻影2000陣風(fēng)（法）"協(xié)和"號(hào)超音速客機(jī)后掠翼、三角翼與小展弦比的比較

因素后掠翼三角翼小展弦比阻力（M

1.6)123阻力（M>1.6）321重量312升力線斜率12機(jī)翼在機(jī)身上的安裝位置

因素上單翼中單翼下單翼干擾阻力21*3穩(wěn)定性123視界123起落架重量3**21結(jié)構(gòu)布置131安裝吊艙123*有利于翼身融合，**若收入機(jī)身內(nèi)，無影響

機(jī)翼位置對(duì)氣動(dòng)特性的影響翼身組合體的極曲線對(duì)橫滾力矩特性的影響中單翼飛機(jī)F-16下單翼（客機(jī)）A320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安全考慮：強(qiáng)迫著陸時(shí)，機(jī)翼可起緩沖作用。不利因素：

機(jī)身機(jī)翼氣動(dòng)干擾較大

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)翼遮擋上單翼（運(yùn)輸機(jī)）C-130安-25運(yùn)-8安-72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)身地板離地面盡量近3.發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)目和安裝位置

發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)目

-單發(fā)：操縱簡單，附加重量輕，成本低,安全性差-雙發(fā)（多發(fā)）：生存力強(qiáng)

安裝位置

-單發(fā)：機(jī)身（前、后）-雙發(fā)：機(jī)身尾段機(jī)翼下部機(jī)翼或尾翼根部短艙

進(jìn)氣道布局

頭部進(jìn)氣道：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?。徊荒苎b或僅裝小雷達(dá)天線。

兩側(cè)進(jìn)氣道：進(jìn)氣道短，內(nèi)管損失小，機(jī)頭便于裝雷達(dá)天線

短艙式：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)布置無干擾；但要增加額外的阻力。

腹部進(jìn)氣道

背部進(jìn)氣道實(shí)例（1）實(shí)例（2）發(fā)動(dòng)機(jī)翼吊布局支持翼下安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的觀點(diǎn)：-能減輕結(jié)構(gòu)重量；-載客量相同時(shí)機(jī)身長度小；-發(fā)動(dòng)機(jī)短艙安裝高度小，便于維護(hù)；-飛機(jī)重心控制容易。

發(fā)動(dòng)機(jī)尾吊布局支持在機(jī)身尾段安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的觀點(diǎn)：機(jī)翼升力系數(shù)大；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；可采用較短的起落架；座艙內(nèi)噪音較??；減小飛行阻力717公務(wù)機(jī)的構(gòu)形HondaJet

4.起落架的型式和收放位置后三點(diǎn)前三點(diǎn)自行車式

后三點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：尾輪小而輕，設(shè)計(jì)簡單；可以利用氣動(dòng)阻力提供減速力；缺點(diǎn)著陸時(shí)操縱困難起飛和著陸滑跑時(shí)不穩(wěn)定后三點(diǎn)起落架不能用于噴氣式飛機(jī)起飛和著陸滑跑時(shí)不穩(wěn)定前三點(diǎn)適用于著陸速度較大的飛機(jī)，在著陸過程中操縱駕駛比較容易。具有起飛著陸時(shí)滑跑的穩(wěn)定性。飛行員座艙視界的要求較容易滿足?？墒褂幂^強(qiáng)烈的剎車，縮短滑跑距離。缺點(diǎn)是前輪可能出現(xiàn)前輪“擺振”現(xiàn)象。自行車式起落架可收入機(jī)身里，布置起落架艙比較容易。在起飛滑跑時(shí)，要求較高的駕駛技術(shù)。延長了著陸滑跑距離。因?yàn)樾枰惭b大功率的轉(zhuǎn)彎操縱機(jī)構(gòu)，和在兩側(cè)機(jī)翼下面安裝輔助支點(diǎn)，故其重量要比前三點(diǎn)式起落架的重量大。多支點(diǎn)式起落架

波音-747、C-5A飛機(jī)的起落架

其它的一些布局型式三翼面飛翼聯(lián)結(jié)翼(JointedWingConfigurations)

雙機(jī)身(DoubleFuselageConfigurations)

前掠翼布局型式斜翼布局型式三翼面飛翼JointedWingConfigurationsDoubleFuselageConfigurations前掠翼布局型式選擇飛機(jī)構(gòu)型的步驟收集與所設(shè)計(jì)要求相近的飛機(jī)資料

記下所有可能的飛機(jī)構(gòu)型分析比較這些飛機(jī)型式的優(yōu)缺點(diǎn)選擇一種飛機(jī)型式

舉例：六座輕型飛機(jī)AD-600收集與所設(shè)計(jì)要求相近的飛機(jī)資料

飛機(jī)型號(hào)載荷(lbs)起飛重量(lbs)巡航速度(kts)航程(n.m)BeechDukeB60130067752391,080BeechBaronM58150054002001200CessnaT303165051501961000PiperPA-44-18012503800168725AD-600*125079002501000可能的飛機(jī)型式-正常式

-鴨式（Startship）-三翼面

（PiaggioAvanti）分析比較

-為何要采用正常式確定飛機(jī)構(gòu)型

1）正常式“T”平尾，單垂尾2）機(jī)翼：直機(jī)翼，上單翼3）在機(jī)翼上安裝二臺(tái)推進(jìn)式活塞式螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)-噪聲小-穩(wěn)定性好

4）起落架：前三點(diǎn)型式，安裝在機(jī)身上

三面圖（草圖）為什么要采用“T”平尾

優(yōu)點(diǎn)：

避免機(jī)翼下洗氣流和螺旋漿滑流的影響：1）減小尾翼振動(dòng)；2）減小尾翼結(jié)構(gòu)疲勞；3）避免發(fā)動(dòng)機(jī)功率突然增加或減小引起的駕駛桿力變化利用端板效應(yīng)，氣動(dòng)效率增加，垂尾的面積可適當(dāng)減小“失速”警告（安全因素）外形美觀（市場因素）缺點(diǎn)：

增加垂尾的結(jié)構(gòu)重量

接近“失速”時(shí)平尾可能失效接受或克服缺點(diǎn)：

由于垂尾面積可適當(dāng)減小，可減緩結(jié)構(gòu)重量增加的程度。設(shè)計(jì)機(jī)翼時(shí)，避免機(jī)翼上仰，使飛機(jī)在大攻角時(shí)仍然穩(wěn)定（無平尾時(shí)）。BurtRutan:創(chuàng)新飛機(jī)設(shè)計(jì)師BurtRutan,acreativeaircraftdesigner,receivedworldwideattentionfordesigningastrange-lookingaircraft.Voyager,in1986madearecord-breaking,round-the-worldflight.DickRutanandJeanaYeagerTriumphRaptorSomeaircraftdesignedbyRutanHome-builtaircraft:LongEZSomeaircraftdesignedbyRutanBOOMERANGAsymetrictwinitsboomerang-shaped

wingSafetyconcerdedSomeaircraftdesignedbyRutanProteus,AHigh-Altitude,Multi-MissionAircraftSpacePlaneRutanisamongthedesignersintheX-Prizecompetitiontobuildtheworld'sfirst"touristclass"spaceplane.Thelaunchplatformforacivilianspaceplane(theWhiteKnight)Athree-placespaceship(theSpaceShipOne)SpacePlaneSpacePlaneTheWhiteKnightandtheSpaceShipOneTalkingwithBurtRutan

AinterviewbyAIR&SPACEassociateedi