第六讲-机舱及装载布置

1、 飞机设计研究所飞机设计研究所 航空科学与工程学院航空科学与工程学院 飞机总体设计飞机总体设计 第六讲第六讲 1 第六讲第六讲 机舱及装载布置机舱及装载布置 6.1 机身初始几何参数估计机身初始几何参数估计 6.2 民机客舱设计与布置民机客舱设计与布置 6.3 民机货舱布置民机货舱布置 6.4 民机驾驶舱布置民机驾驶舱布置 6.5 作战飞机座舱布置作战飞机座舱布置 6.6 武器装载布置武器装载布置 2 本讲主要参考书目本讲主要参考书目 v顾诵芬顾诵芬, 解思适解思适. 飞机总体设计飞机总体设计. 北京航空航天大学出版社，北京航空航天大学出版社，2001. vRaymer, D. P. Airc

2、raft Design: A Conceptual Approach, 3rd, 1999. （89年版的中译本：现代飞机设计,1992） v詹金森, L. R., 辛普金, P., 罗兹 D. （著）, 中国航 空研究院（译）. 民用喷气飞机设计. 2001 v飞机设计手册总编委会. 飞机设计手册第7卷： 民机构型初步设计与推进系统一体化设计.2000 3 6.1 机身初始几何参数估计机身初始几何参数估计 v对一定类型的飞机，机身尺寸的确定受到对一定类型的飞机，机身尺寸的确定受到 严格的严格的“现实条件限制（现实条件限制（real-world constraints）”，如一旦知道了旅客人数

3、，如一旦知道了旅客人数 和剖面座位数，旅客机机身的长度和直径和剖面座位数，旅客机机身的长度和直径 也就基本确定了也就基本确定了 v在初始估计机身几何参数时，可以依据与在初始估计机身几何参数时，可以依据与 起飞总重起飞总重W0(或称或称WTO) 之间的统计关系式之间的统计关系式 重要数据来源：Janes All The Worlds Aircraft 4 6.1 机身初始几何参数估计机身初始几何参数估计 v机身长度与机身长度与W0的关系的关系 长度=AW0C (ft 或m) AC 长度=AW0C (ft 或m) AC 通用航空飞机 单发 4.371.60.23喷气教练机喷气教练机0.790.33

4、30.41 通用航空飞机 双发 0.860.3660.42喷气战斗机喷气战斗机0.930.3890.39 农用飞机4.041.480.23 军用运输机军用运输机/ 轰炸机轰炸机 0.230.1040.50 双发涡轮螺旋 桨飞机 0.370.1690.51喷气运输机喷气运输机0.670.2870.43 飞船1.050.4390.40 注意：教材注意：教材P.38表表3.1对应的应为英制！对应的应为英制！ 5 6.1 机身初始几何参数估计机身初始几何参数估计 v机身长细比机身长度最大当量直径机身长细比机身长度最大当量直径 机身内部体积一定，长细比为机身内部体积一定，长细比为3.0左右亚音速左右亚音

5、速 机身阻力最小，长细比为机身阻力最小，长细比为14左右的超音速机身左右的超音速机身 阻力最小阻力最小 绝大多数的飞机机身的长细比在两者之间绝大多数的飞机机身的长细比在两者之间 6 6.1 机身初始几何参数估计机身初始几何参数估计 v面积律修形面积律修形 在跨音速及超音速飞行时，飞机的阻力主要来自波阻，在跨音速及超音速飞行时，飞机的阻力主要来自波阻， 即由于产生激波而产生的压差阻力。即由于产生激波而产生的压差阻力。 面积律是指为了使波阻最小，飞机所有部件的横截面面积律是指为了使波阻最小，飞机所有部件的横截面 积叠在一起的分布应该相当与一个最小阻力的当量旋积叠在一起的分布应该相当与一个最小阻力的

6、当量旋 成体（成体（ “Sear-Haack” 体）横截面积的分布，或分布体）横截面积的分布，或分布 曲线比较光滑而无不规则的变化。曲线比较光滑而无不规则的变化。 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 00.20.40.60.81 Axial Distance, x/l Cross-Sectional Area, A/Am ax Sear-Haack体积分布曲线体积分布曲线 来源：Introduction to Aeronautics:A Design Perspective 7 6.1 机身初始几何参数估计机身初始几何参数估计 v面积律修形面积律修形 典型翼身组合体的最大横截面积往

7、往位于机翼中心附典型翼身组合体的最大横截面积往往位于机翼中心附 近。在该处近。在该处“压缩压缩”机身，可使体积分布曲线光顺并机身，可使体积分布曲线光顺并 减小最大横截面积。减小最大横截面积。 在机身中移走的体积应在其他地方补充，补充的方法在机身中移走的体积应在其他地方补充，补充的方法 可以是加长机身，或者在其他地方增大机身横截面积可以是加长机身，或者在其他地方增大机身横截面积 1 2 3 8 6.2 民机客舱设计与布置民机客舱设计与布置 乘客的优选权乘客的优选权 v民用旅客机的主要用途就是舒适而安全地民用旅客机的主要用途就是舒适而安全地 载运乘客完成他（她）们想要实现的旅行，载运乘客完成他（她

8、）们想要实现的旅行， 客户对客舱内部装饰布置的评价要比对飞客户对客舱内部装饰布置的评价要比对飞 机的其他特征仔细得多机的其他特征仔细得多 v以客舱的细节设计为起点，才能获得优良以客舱的细节设计为起点，才能获得优良 的民机设计的民机设计 v民机客舱布置中需考虑的因素中，民机客舱布置中需考虑的因素中，舒适性舒适性 占主要的地位占主要的地位 9 v决定客舱舒适性的主要因素决定客舱舒适性的主要因素 座椅的设计和安排，特别是可调性和腿部空间座椅的设计和安排，特别是可调性和腿部空间 客舱布置和装饰的美感客舱布置和装饰的美感 旅客在舱内的活动空间旅客在舱内的活动空间 客舱内的微气候，即空调系统设计客舱内的微

9、气候，即空调系统设计 舱内噪声和声共振舱内噪声和声共振 飞机加速度对旅客的影响飞机加速度对旅客的影响 爬升和下降时机身的姿态爬升和下降时机身的姿态 续航时间续航时间 卫生间、休息室和其他设施的舒适和方便程度卫生间、休息室和其他设施的舒适和方便程度 服务质量服务质量乘务员服务态度，娱乐、饮食等设施和安排乘务员服务态度，娱乐、饮食等设施和安排 6.2 民机客舱设计与布置民机客舱设计与布置 乘客的优选权乘客的优选权 10 v机身剖面直接影响飞机的经济性和舒适性机身剖面直接影响飞机的经济性和舒适性 较大的剖面可使飞机的座椅宽度及客舱过道宽度较大的剖面可使飞机的座椅宽度及客舱过道宽度 增加，提高乘客的乘

10、坐舒适性，但同时会带来飞增加，提高乘客的乘坐舒适性，但同时会带来飞 机重量和气动阻力的增加，从而导致飞机性能和机重量和气动阻力的增加，从而导致飞机性能和 经济性变差经济性变差 虽然较小的剖面对飞机的性能和经济性有利，但虽然较小的剖面对飞机的性能和经济性有利，但 却降低了乘客的乘坐舒适性，从而削弱了飞机的却降低了乘客的乘坐舒适性，从而削弱了飞机的 市场竞争力市场竞争力 v对新项目而言，决定客舱剖面形状和尺寸是对新项目而言，决定客舱剖面形状和尺寸是 首先要进行的一项细节设计研究首先要进行的一项细节设计研究 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 11 v典型的剖面典型的剖面

11、圆形剖面圆形剖面 由一个完整的圆构成由一个完整的圆构成 优点：受力特性好，结构轻，易于加工，生产成本低优点：受力特性好，结构轻，易于加工，生产成本低 缺点：空间有效利用率低缺点：空间有效利用率低 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 12 v典型的剖面典型的剖面 多圆剖面多圆剖面 由多段圆弧和与其相协调的光滑过渡曲线组由多段圆弧和与其相协调的光滑过渡曲线组 成成 优点：空间能够得到充分利用，适合于直径较小的飞优点：空间能够得到充分利用，适合于直径较小的飞 机或具有多层客舱的大型飞机机或具有多层客舱的大型飞机 缺点：结构设计及加工性能不如圆形剖面好，生产成缺点：结构设计及

12、加工性能不如圆形剖面好，生产成 本较高本较高 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 13 v典型的剖面典型的剖面 其他剖面其他剖面 适合于无法采用圆形或多圆剖面的情况，如适合于无法采用圆形或多圆剖面的情况，如 机身剖面尺寸较小时，为了满足使用要求而必须机身剖面尺寸较小时，为了满足使用要求而必须 采用其他类型的剖面采用其他类型的剖面 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 14 v舱位级别舱位级别 I级级 豪华级（头等舱）豪华级（头等舱） II级级 普通级普通级 （公务舱）（公务舱） III级级 经济级经济级 （经济舱）（经济舱） 包机客舱包机客舱

13、v对一般民用飞机，经济舱占整个客舱的绝大对一般民用飞机，经济舱占整个客舱的绝大 部分甚至全部，因此客舱剖面选取主要由经部分甚至全部，因此客舱剖面选取主要由经 济舱布置决定济舱布置决定 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 15 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 16 v座椅选择座椅选择 双联座双联座三联座三联座 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 17 v总座数与经济舱剖面每排座数的关系总座数与经济舱剖面每排座数的关系 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 18 v过道数目与座椅布置形式过道数

14、目与座椅布置形式 过道数目主要取决于每排座位数过道数目主要取决于每排座位数 每排不多于每排不多于6个个 1条过道条过道 每排每排712座座 2条过道条过道 每排大于每排大于12座座 3条或条或3条以上条以上 过道宽度过道宽度 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 19 v过道数目与座椅布置形式过道数目与座椅布置形式 不同的座椅选装方案不同的座椅选装方案 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 20 v机身剖面当量直径的初步确定机身剖面当量直径的初步确定 Def 机身当量直径机身当量直径 Dws 并排座椅最大宽度并排座椅最大宽度 Csw 扶手与侧壁间

15、距扶手与侧壁间距,取值范取值范 围在围在 2575mm Ttp 客舱装饰层厚度客舱装饰层厚度,取值范取值范 围在围在1735mm Hfw 机身框结构高度，如初取机身框结构高度，如初取 85mm 2 efwsswtpfw DDC2T2H 圆心位置可初步定在并排座圆心位置可初步定在并排座 椅最大宽度的中心点（该点椅最大宽度的中心点（该点 一般位于扶手平面内）一般位于扶手平面内） 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 21 v确定地板结构高度确定地板结构高度 v确定地板下货舱形式确定地板下货舱形式 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 22 v标准集装

16、箱与货架尺寸标准集装箱与货架尺寸 国际航空运输协会国际航空运输协会 （IATA）指定了标准）指定了标准 集装箱的尺寸集装箱的尺寸 集装箱集装箱LD-1、LD-2、 LD-3、LD-4和和LD-8 是最普通的型别是最普通的型别 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 23 v行李架设计行李架设计 典型上部行李架示例典型上部行李架示例 v剖面调整与最后成形剖面调整与最后成形 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 24 v 小结：民机机身剖面设计中的主要参数小结：民机机身剖面设计中的主要参数 剖面形状剖面形状 座椅规格座椅规格 过道数目及宽度过道数目及宽

17、度 座椅布置形式座椅布置形式 客舱地板结构高度客舱地板结构高度 地板下货舱形式地板下货舱形式 扶手与侧壁间距扶手与侧壁间距 客舱装饰层厚度客舱装饰层厚度 机身框的结构高度机身框的结构高度 行李架设计行李架设计 SEACD中生成的客舱剖面和舱段中生成的客舱剖面和舱段 6.2 民机客舱设计与布置机身剖面民机客舱设计与布置机身剖面 25 v排距排距 每一座级的客座总每一座级的客座总 数除以每排座数得数除以每排座数得 到需要安装的座椅到需要安装的座椅 平均排数平均排数 客舱长度与座椅客舱长度与座椅 排距有关排距有关 座椅等级座椅等级豪华型豪华型普通型普通型经济型经济型 两排座椅纵向间距两排座椅纵向间距

18、/mm* 980-1080840-870780-810 *纵向间距应为纵向间距应为30mm的整数倍的整数倍 6.2 民机客舱设计与布置客舱长度民机客舱设计与布置客舱长度 26 v厨房与卫生间单元厨房与卫生间单元 典型数据为每一厨房典型数据为每一厨房1060名乘客，名乘客， 每一卫生间每一卫生间1540名乘客名乘客 6.2 民机客舱设计与布置客舱长度民机客舱设计与布置客舱长度 27 v应急出口应急出口 6.2 民机客舱设计与布置客舱长度民机客舱设计与布置客舱长度 28 6.3 民机货舱布置民机货舱布置 v多数设计中，货物被装载在客舱地板以下多数设计中，货物被装载在客舱地板以下 v完备的设计要求，

19、应包括货物在前货舱和后完备的设计要求，应包括货物在前货舱和后 货舱的配置货舱的配置 29 6.3 民机货舱布置民机货舱布置 v专用货机专用货机 v组合布局组合布局 30 6.4 民机驾驶舱布置民机驾驶舱布置 v一般民机机身前部非柱形的机头区的长径比在一般民机机身前部非柱形的机头区的长径比在 1.52.0之间之间 v驾驶舱视界对确保安全飞行至关重要，一般给驾驶舱视界对确保安全飞行至关重要，一般给 出巡航、起飞、着陆和滑行阶段的视界要求出巡航、起飞、着陆和滑行阶段的视界要求 31 6.4 民机驾驶舱布置民机驾驶舱布置 v视界图视界图 在飞机构型设计阶段，视界设计实际上就是借助在飞机构型设计阶段，视

20、界设计实际上就是借助 某一标准视界图，对风档进行合理的构型设计某一标准视界图，对风档进行合理的构型设计 FAR-25对视界的要求对视界的要求 A310 美国机动车工程师协会（美国机动车工程师协会（SAE）推荐）推荐 的视界图（的视界图（AS580B） A320、Boeing767 32 v驾驶舱的尺寸与布置驾驶舱的尺寸与布置 6.4 民机驾驶舱布置民机驾驶舱布置 33 v驾驶舱的尺寸与布置驾驶舱的尺寸与布置 6.4 民机驾驶舱布置民机驾驶舱布置 A380座舱模型座舱模型 34 6.5 作战飞机座舱布置作战飞机座舱布置 v座舱视界要求座舱视界要求 座舱视界关系着飞机的作战效能和安全座舱视界关系着

21、飞机的作战效能和安全 与飞机机头及两侧的外形、座舱盖形状、尺寸和与飞机机头及两侧的外形、座舱盖形状、尺寸和 结构及翼面布置等因素有关结构及翼面布置等因素有关 典型战斗机视界典型战斗机视界 串列双座飞机视界串列双座飞机视界 35 6.5 作战飞机座舱布置作战飞机座舱布置 v座舱盖座舱盖 一般分为活动座舱盖和固定前风挡两部分一般分为活动座舱盖和固定前风挡两部分 新型战斗机多采用整体型风挡新型战斗机多采用整体型风挡 36 6.5 作战飞机座舱布置作战飞机座舱布置 v座舱盖座舱盖 现代战斗机多采用圆弧形前风挡、气泡式活动座现代战斗机多采用圆弧形前风挡、气泡式活动座 舱盖舱盖 对地攻击机一般采用平板式前

22、风挡，以便采用较对地攻击机一般采用平板式前风挡，以便采用较 厚的防弹玻璃厚的防弹玻璃 37 6.5 作战飞机座舱布置作战飞机座舱布置 v座舱定位座舱定位 战斗机座舱在机身上的纵向定位主要取决于战斗机座舱在机身上的纵向定位主要取决于 下列几种因素下列几种因素 视界要求视界要求 座舱空间要求座舱空间要求 气动外形要求气动外形要求 设备舱布置设备舱布置 人员及其他要求人员及其他要求 38 6.5 作战飞机座舱布置作战飞机座舱布置 v座舱定位座舱定位 为减小座舱盖阻力，战斗机座舱盖与为减小座舱盖阻力，战斗机座舱盖与 机身外形融合的趋势愈加明显机身外形融合的趋势愈加明显 39 6.5 作战飞机座舱布置作

23、战飞机座舱布置 v座舱几何尺寸座舱几何尺寸 战斗机座舱几何尺寸主要取决于下列因素战斗机座舱几何尺寸主要取决于下列因素 人体尺寸人体尺寸 座椅尺寸座椅尺寸 操作和活动空间操作和活动空间 安全弹射离机通道安全弹射离机通道 仪表板、显示器仪表板、显示器 操纵台操纵台 视界视界座舱盖座舱盖 设备安装设备安装 40 6.5 作战飞机座舱布置作战飞机座舱布置 v座舱几何尺寸座舱几何尺寸 绘制座舱布置图时，一般采用飞行员人体侧面样绘制座舱布置图时，一般采用飞行员人体侧面样 板进行协调板进行协调 在采用在采用CAD时，可生成飞行员人体数学模型进行时，可生成飞行员人体数学模型进行 座舱协调座舱协调 41 6.5

24、 作战飞机座舱布置作战飞机座舱布置 v座舱几何尺寸座舱几何尺寸 典型战斗机座舱尺寸典型战斗机座舱尺寸 战斗机座舱的前后气密框的间距一般在战斗机座舱的前后气密框的间距一般在 1.551.65m之间之间 座舱处机身宽度一般在座舱处机身宽度一般在1.01.65m之间之间 42 6.5 作战飞机座舱布置作战飞机座舱布置 v典型战斗机座舱典型战斗机座舱 F-22 Su-27台风台风 43 v将飞机作战用的武器、弹药装载到飞机上去将飞机作战用的武器、弹药装载到飞机上去 攻击目标，是飞机设计的重要任务之一攻击目标，是飞机设计的重要任务之一 6.6 武器装载布置武器装载布置 44 v武器、弹药在飞机上的装载布

25、置形式可分为武器、弹药在飞机上的装载布置形式可分为 内挂式内挂式武器舱武器舱 外挂式外挂式机翼、机身下运载机翼、机身下运载 v武器舱可分为武器舱可分为 炮舱炮舱航炮及其弹药的装载舱航炮及其弹药的装载舱 弹舱弹舱炸弹、导弹装载舱炸弹、导弹装载舱 6.6 武器装载布置武器装载布置 45 v现役的各种作战飞机武器的装载基本上仍采现役的各种作战飞机武器的装载基本上仍采 用外挂方式用外挂方式 v外挂方式可分为机身外挂、机翼外挂、翼尖外挂方式可分为机身外挂、机翼外挂、翼尖 悬挂、保形运载、半埋式安装等悬挂、保形运载、半埋式安装等 6.6 武器装载布置武器装载布置 46 v武器的外挂方式的优越性武器的外挂方

26、式的优越性 有较大的空间、良好的使用维护性以及武器发射前易有较大的空间、良好的使用维护性以及武器发射前易 于截获目标等于截获目标等 v外挂武器的缺点外挂武器的缺点 大量的外挂武器会产生很大的阻力，在近声速时它可大量的外挂武器会产生很大的阻力，在近声速时它可 能比飞机本身的阻力还大，超声速飞行难以实现能比飞机本身的阻力还大，超声速飞行难以实现 某些机翼外挂物还会给飞机的气动弹性带来麻烦，引某些机翼外挂物还会给飞机的气动弹性带来麻烦，引 起颤振或抖振起颤振或抖振 一些外挂武器承受不了超声速飞行时的气动加热一些外挂武器承受不了超声速飞行时的气动加热 外挂物的存在也损坏了飞机的隐身性能外挂物的存在也损

27、坏了飞机的隐身性能 v良好的外挂布局设计可以使上述缺点变小良好的外挂布局设计可以使上述缺点变小 6.6 武器装载布置武器装载布置 47 v新一代作战飞机为了实现新一代作战飞机为了实现大机动大机动、低阻低阻、 超声速巡航超声速巡航，特别是从，特别是从“隐身隐身”目的出发，目的出发， 多设立弹舱，将导弹、炸弹，乃至核弹装多设立弹舱，将导弹、炸弹，乃至核弹装 入弹舱入弹舱 6.6 武器装载布置武器装载布置 48 v几乎所有的战斗机炮舱都设在前机身（炮几乎所有的战斗机炮舱都设在前机身（炮 塔除外）塔除外） 有利于飞机重心前移，平衡过重的发动机有利于飞机重心前移，平衡过重的发动机 便于炮管伸出机身外便于

28、炮管伸出机身外 v多数炮舱设在多数炮舱设在 前机身的下部，前机身的下部， 便于使用维护便于使用维护 6.6 武器装载布置炮舱武器装载布置炮舱 49 v将航炮装到机身将航炮装到机身翼根上部，如翼根上部，如F-15、F-18 和和Su-27等等 可以避免射击时燃气进入飞机发动机可以避免射击时燃气进入飞机发动机 使用维护性比在下机身差些使用维护性比在下机身差些 6.6 武器装载布置炮舱武器装载布置炮舱 50 v弹舱的设计弹舱的设计 在飞机总体设计中，把弹舱设在靠近飞机重心附在飞机总体设计中，把弹舱设在靠近飞机重心附 近是必要的，否则当飞机武器装载和分离时都会近是必要的，否则当飞机武器装载和分离时都会 严重地影响飞机的动态响应特性严重地影响飞机的动态响应特性 如果设有两个弹舱，如果设有两个弹舱， 还必须考虑两边的还必须考虑两边的 投弹次序，以保持投弹次序，以保持 投弹过程中飞机的投弹过程中飞机的 操稳特性操稳特性 多设在机身下部多设在机身下部 6.6 武器装载布置弹舱武器装载布置弹舱 51 v弹舱的设计要求弹舱的设计要求 弹舱的结构必须有足够的强度和刚度弹舱的结构必须有足够的强度和刚度 弹舱和舱门的设计应保证飞机的结构性能不变弹舱和舱门的设计应保证飞机的结构性能不变 6.6 武器装载布置弹舱武器装载布置弹舱 52 v弹舱的设计要求（