完全3飞机参数详细设计与部ppt课件

1、第三章 飞机总体参数详细设计 ( 部件设计3.1 设计的义务和步骤 3.1.1 飞机总体参数详细设计的最优化准那么飞机总体参数详细设计的最优化准那么 设计的主要义务是保证飞机总体参数的最优化。设计的主要义务是保证飞机总体参数的最优化。 复杂系统优化复杂系统优化 部分最优的子系统部分最优的子系统 3.1.2 飞机总体参数详细设计部件设计的主要义务飞机总体参数详细设计部件设计的主要义务 在飞机部件的设计过程中，要处理以下的问题：在飞机部件的设计过程中，要处理以下的问题：3.1 3.1 设计的义务和步骤设计的义务和步骤1. 选择主要参数和几何尺寸的最优值；2. 选择最优外形、最优外形；选择飞机部件的

2、最优构造受力方式，满足强度、刚度等要求并使分量最轻 4. 选择最优资料和工艺过程，使在成批消费中保证外形 和外表质量的条件下使飞机部件消费本钱最低；5. 保证飞机部件运用维护方便，在飞机部件重要构造 和设备的检查和修缮时，有自在接近的和进展必需的丈量调整任务的能够性。 根据飞机主要参数值和规定的战术运用技术性能选择飞机部件的主要参数和几何尺寸并使它们最优化。 1. 机翼：展弦比A、后掠角、根梢比、机翼根部和尖部翼型的相对厚度t/c、上反角w，几何改动及气动改动和增升安装选择；2.机身：最大横截面积SMf、长细比l/d、机身长度lf、机身头部和尾部的长细比；3.尾翼：尾翼的程度力臂和垂直力臂LH

3、 T,LVT、尾翼的面积SHT和SVT、舵面面积SHC和SVC、根梢比HT和VT、展弦比AHT和AVT；4.起落架和动力安装：起落架支柱和机轮尺寸、进气口和尾喷口的尺寸、发动机吊舱或起落架整流舱的最大截面积等。3.1 3.1 设计的义务和步骤设计的义务和步骤 飞机部件最优外形的选择与以下的参数的选择有关： 1.机翼和尾翼的翼型及其沿翼展方向的布置规律；2.机翼和尾翼相对于机身的位置，程度尾翼HT和垂直尾翼VT的相对位置；3.机身的横截面和机身头部与尾部的外形；4.起落架的位置，起落架收入机翼或机身内的能够性 以及有没有设专门的整流罩的要求；5.发动机进气口、短舱、安装这些短舱的吊挂，以及喷口安

4、装的外形。 3.1 3.1 设计的义务和步骤设计的义务和步骤3.1.3 飞机部件设计的步骤飞机部件设计的步骤 下面给出对飞机各个部件的主要型式、尺寸、外下面给出对飞机各个部件的主要型式、尺寸、外形的选择步骤；这些部件的其它性能的选择构造的、形的选择步骤；这些部件的其它性能的选择构造的、强度的和工艺的等在专门的教材里进展研讨。强度的和工艺的等在专门的教材里进展研讨。 1. 总体规划的选择：总体规划的选择： 常规规划指尾翼在机身后段常规规划指尾翼在机身后段 无尾式规划指没有程度尾翼和鸭翼无尾式规划指没有程度尾翼和鸭翼 鸭式规划鸭式规划 三翼面规划三翼面规划 3.1 3.1 设计的义务和步骤设计的义

5、务和步骤2.机身方案的选择乘员、旅客、行李、燃油、货物和其他有效载重的安排座舱或飞行仪表板的设计机身内部设计窗户、门和紧急出口的设计燃油、行李和货物的容积检查3.1 3.1 设计的义务和步骤设计的义务和步骤3.推进安装类型的选择增压式或非增压式活塞式发动机或者螺旋桨涡轮螺旋桨桨扇涡轮喷气或涡轮风扇冲压喷气或火箭4.发动机或螺旋桨数目的选择3.1 3.1 设计的义务和步骤设计的义务和步骤5.推进安装的布置推进器：推进或拉进发动机埋在机身内部或机翼里发动机舱在机身上或机翼上发动机和发动机舱的布置6.机翼和尾翼尾翼或鸭翼的设计参数选择机翼面积展弦比后掠角固定翼或可变后掠翼相对厚度相对厚度翼型类型根梢

6、比舵面的尺寸和布置安装角固定翼或可变后掠翼上反角7.增升安装的类型、尺寸和布置的选择机械式襟翼后缘或前缘增升安装3.1 3.1 设计的义务和步骤设计的义务和步骤 8. 起落架类型和布置的选择 固定式或可收放 后三点式、前三点式或自行车式 支柱和轮胎的数目 机轮收放位置 起落架收起的可行性 9. 飞机上运用的各主要系统的选择 飞控系统，主系统和备用系统 辅助动力安装 燃油系统 液压系统 供氧系统 环境控制系统 防冰、除冰系统 喷洒系统指农用飞机 导航系统 电传控制系统3.1 3.1 设计的义务和步骤设计的义务和步骤10. 构造布置、构造类型和消费细目的选择 金属、复合资料 主要飞机部件的构造布置

7、 起落架构造 消费和制造的流程11. 确定研讨、开展、制造和运用的费用 潜在利润的估算民用飞机 义务效能的估算军用飞机 全寿命周期费用估算包括民机和军机 3.2 3.2 机翼设计机翼设计 以下是机翼平面设计和横向支配面外形位置设计的过程。以下是机翼平面设计和横向支配面外形位置设计的过程。 第第1 1步：步： 思索对机翼规划起主要影响的要素，确定规划是思索对机翼规划起主要影响的要素，确定规划是以下方式之一：以下方式之一： 1 1常规规划指尾翼后置常规规划指尾翼后置 4 4鸭鸭翼翼 2 2飞翼指无平尾或鸭翼飞翼指无平尾或鸭翼 5 5三三翼面翼面 3 3串列式机翼串列式机翼 6 6衔接式机翼衔接式机

8、翼 第第2 2步：步： 确定机翼总的构造规划：确定机翼总的构造规划： 1 1悬臂式机翼悬臂式机翼 2 2支撑式机翼支撑式机翼 第第3 3步步: : 机翼机翼/ /机身总体布置确实定：机身总体布置确实定： 1 1上单翼上单翼 2 2中单翼中单翼 3 3下单翼下单翼3.2 3.2 机翼设计机翼设计下面这些机翼/机身规划的比较只需在其它条件均一样时才是正确的。数字1表示首选，数字3表示最不适宜。 * 表示在很大程度上取决于机翼经过机身的位置 * 表示假设起落架收入机身内，那么起落架分量将不再是一个必需的要素。在这种情况下, 起落架经常需求减震器外形整流，而这又会引起附加阻力。3.2 3.2 机翼设计

9、机翼设计第第4 4步步: : 选择机翼选择机翼1/41/4弦线后掠角和机翼相对厚度弦线后掠角和机翼相对厚度 后掠角的类型有以下几种：后掠角的类型有以下几种： 1 1 零度后掠或平直翼零度后掠或平直翼 2 2 后掠也叫正后掠后掠也叫正后掠 3 3 前掠也叫负后掠前掠也叫负后掠 4 4 变后掠对称变后掠变后掠对称变后掠5 5 斜掠不对称变后掠斜掠不对称变后掠 3.2 3.2 机翼设计机翼设计第第5 5步：选择翼型步：选择翼型 第第6 6步：确定机翼尖削比步：确定机翼尖削比WW并绘制机翼平面尺寸图。并绘制机翼平面尺寸图。第第7 7步：列出最大升力系数。步：列出最大升力系数。第第8 8步：确定横向支配

10、面的外形、尺寸及位置。步：确定横向支配面的外形、尺寸及位置。第第9 9步：在步：在6 6步绘制的机翼平面图上标出前后翼梁轴线步绘制的机翼平面图上标出前后翼梁轴线第第1010步：机翼油箱容积的计算步：机翼油箱容积的计算第第1111步：确定机翼上反角步：确定机翼上反角第第1313步：将各步的决议和明晰的尺寸图归入一份简短的文档。步：将各步的决议和明晰的尺寸图归入一份简短的文档。 第第1212步：确定机翼安装角及机翼改动角步：确定机翼安装角及机翼改动角tt3.2 3.2 机翼设计机翼设计 参数计算参数计算 3.2.1 3.2.1 机翼的展弦比机翼的展弦比 机翼的几何展弦比是无因次的几何参数，并由下式

11、确定：机翼的几何展弦比是无因次的几何参数，并由下式确定： A Ab2/S b2/S 其中其中b b机翼的翼展，米；机翼的翼展，米； S S机翼面积，米机翼面积，米2 2。 在确定机翼的气动力特性时在确定机翼的气动力特性时, ,不用几何展弦比，而用有效不用几何展弦比，而用有效展弦比。展弦比。 3.2.2 3.2.2 机翼的平均相对厚度机翼的平均相对厚度 机翼的平均相对厚度由下式确定：机翼的平均相对厚度由下式确定： t/c t/c SMW/S = SMW SMW/S = SMW 其中：其中：SMWSMW机翼最大截面积，米机翼最大截面积，米2 2。 3.2 3.2 机翼设计机翼设计3.2.3 中弧面

12、的外形中弧面的外形 机翼中弧面的外形同样也是机翼的几何特性。它的定义是由翼型上、机翼中弧面的外形同样也是机翼的几何特性。它的定义是由翼型上、下轮廓构成机翼的上、下外表法向坐标之和的一半机翼展向为下轮廓构成机翼的上、下外表法向坐标之和的一半机翼展向为Z坐坐标：标：3.2.4 机翼的容积机翼的容积 机翼的容积是机翼很重要的几何特性，它可以用于放置燃油。对于机翼的容积是机翼很重要的几何特性，它可以用于放置燃油。对于有直母线的机翼，在前后缘之间整个机翼的最大实际容积米可以按有直母线的机翼，在前后缘之间整个机翼的最大实际容积米可以按下式计算：下式计算： 3.2 3.2 机翼设计机翼设计3.2.5 中等展

13、弦比和大展弦比机翼的气动力特性中等展弦比和大展弦比机翼的气动力特性 1、机翼升力特性、机翼升力特性CL值确实定值确实定 中等展弦比和大展弦比机翼在低亚音速无紊流流动时的升力特性中等展弦比和大展弦比机翼在低亚音速无紊流流动时的升力特性用升力系数和迎角的关系，以及升力系数对迎角的导数来评定：用升力系数和迎角的关系，以及升力系数对迎角的导数来评定： 2、机翼的最大升力特性、机翼的最大升力特性 机翼的最大升力特性，以机翼的最大升力特性，以CLmax的大小来评定，它决议于翼型沿翼展的大小来评定，它决议于翼型沿翼展的分布，机翼的改动和平面外形，也就是决议于它的气动规划型式。机的分布，机翼的改动和平面外形，

14、也就是决议于它的气动规划型式。机翼的气动规划应该思索到机翼的流场特点。对于后掠机翼特点有：翼的气动规划应该思索到机翼的流场特点。对于后掠机翼特点有：图3.3.2上给出了由同类翼型组成的梯形后掠机翼的CL实践值沿展向的分布。 3.2 3.2 机翼设计机翼设计图3.2.3上给出了展向环量分布与机翼根梢比、后掠角的关系。3.2 3.2 机翼设计机翼设计在图3.2.4上表示了后掠机翼纵向力矩随迎角的变化。 图3.2.4 在Cm()f(CL)关系中“勺形区的构成3.2 3.2 机翼设计机翼设计3 3、提高后掠机翼升力特性的措施、提高后掠机翼升力特性的措施 为了提高后掠机翼的为了提高后掠机翼的CLmaxC

15、Lmax值和对应于值和对应于Cm()Cm()或或CL()CL()的非线性关系的非线性关系开场时的开场时的CLCL允许值为了减小允许值为了减小“勺形区范围并把它向较大勺形区范围并把它向较大值挪动，在值挪动，在机翼气动力规划上可以采用以下方法：机翼气动力规划上可以采用以下方法： 图3.2.5 后掠机翼在弦平面内弯曲时其剖面迎角的变化3.2 3.2 机翼设计机翼设计隔板 在后掠机翼上设置隔板的型式如以下图3.2.64、机翼阻力、机翼阻力由飞机空气动力学教程可知，机翼总的迎面阻力可用飞机极曲线方程由飞机空气动力学教程可知，机翼总的迎面阻力可用飞机极曲线方程给出：给出：3.2 3.2 机翼设计机翼设计5

16、 5、机翼的力矩特性、机翼的力矩特性 机翼的纵向力矩系数机翼的纵向力矩系数CmCm取决于机翼的气动规划和飞行形状取决于机翼的气动规划和飞行形状CLCL和和MaMa数。数。 在第一次近似中，在第一次近似中，Cm=Cm0+CmCLCLCm=Cm0+CmCLCL，其中零力矩，其中零力矩Cm0Cm0取决于机翼的气动改取决于机翼的气动改动和几何改动，也和飞行动和几何改动，也和飞行MaMa数有关。机翼的纵向静稳定性数有关。机翼的纵向静稳定性CmCL=xcg-xacCmCL=xcg-xac，除了除了xcgxcg以外还取决于机翼焦点位置以外还取决于机翼焦点位置xacxac，后者取决于机翼平面外形和，后者取决于

17、机翼平面外形和MaMa数。数。6 6、机翼设计开场阶段机翼参数的选择、机翼设计开场阶段机翼参数的选择 机翼几何参数的选择是在实现给定的战术技术要求或运用技术要求的机翼几何参数的选择是在实现给定的战术技术要求或运用技术要求的条件下，在飞机一切参数优化的过程中，折中气动、分量及容积等特性的条件下，在飞机一切参数优化的过程中，折中气动、分量及容积等特性的根底上进展的。根底上进展的。 3.2 3.2 机翼设计机翼设计3.2 3.2 机翼设计机翼设计3.2.6 3.2.6 小展弦比小展弦比A3A3机翼的气动力特性机翼的气动力特性1 1、小展弦比机翼的流场特点和升力特性、小展弦比机翼的流场特点和升力特性特

18、点:从下外表经过侧边或前缘大后掠角向上外表构成猛烈的空气溢流。 对于各种展弦比机翼的CL-关系如以下图3.2.7所示： 3.2 3.2 机翼设计机翼设计2 2、小展弦比机翼的阻力和力矩特性、小展弦比机翼的阻力和力矩特性 小展弦比机翼的零升阻力按照中等和大展弦比机翼在亚音速的小展弦比机翼的零升阻力按照中等和大展弦比机翼在亚音速的那些公式计算。小展弦比那些公式计算。小展弦比A3A3机翼的漩涡诱导阻力可按下式决机翼的漩涡诱导阻力可按下式决议：议：3.2.7 3.2.7 机翼的气动弹性机翼的气动弹性3.2.8 3.2.8 机翼的增升安装和副翼机翼的增升安装和副翼 1 1、机翼后缘的增升安装、机翼后缘的

19、增升安装 为理处理在起飞、着陆和在强扰流中飞行时增大机翼的为理处理在起飞、着陆和在强扰流中飞行时增大机翼的CLCL和和ClmaxClmax，采用各种类型的沿机翼后缘的增升安装，其中最常用的，采用各种类型的沿机翼后缘的增升安装，其中最常用的如图以下图如图以下图3.2.83.2.8所示。所示。 图3.2.8 各种类型的机翼增升安装 a开裂式襟翼；b简单襟翼；c开缝襟翼；d后退开裂式襟翼； e单缝后退襟翼；f多缝后退襟翼 3.2 3.2 机翼设计机翼设计 图3.2.9 各种类型的机翼增升安装的CL-关系 1无襟翼；2带前缘缝翼；3带开裂式襟翼； 4带多缝后退襟翼； 5带前后缘后退襟翼。3.2 3.2

20、 机翼设计机翼设计2、前缘增升安装、前缘增升安装 前缘增升安装的作用是消除或延缓大迎角时流经机翼的空气分前缘增升安装的作用是消除或延缓大迎角时流经机翼的空气分别，从而增大值。在翼尖布置前缘缝翼，分别的延缓可保证提高侧向别，从而增大值。在翼尖布置前缘缝翼，分别的延缓可保证提高侧向稳定性和支配性，以及改善大迎角时的副翼效率。稳定性和支配性，以及改善大迎角时的副翼效率。 机翼前缘增升安装的型式有：带特别外形缝翼的前缘缝翼、克鲁格机翼前缘增升安装的型式有：带特别外形缝翼的前缘缝翼、克鲁格襟翼和可偏转的机翼前缘。襟翼和可偏转的机翼前缘。 3.2 3.2 机翼设计机翼设计3.3 3.3 机身设计机身设计

21、这一节的目的是为座舱和机身的方案设计提供详细的方法，以满足义务规范中有关乘员、旅客和装载的要求。 3.3.1机身设计的要求与过程 按照用途和功能特征，机身是飞机最复杂的部件之一。它的用途是多种多样的，装载有效载重、乘员、设备、配备，动力安装和燃料，并把飞机的重要部件联成一个整体，包括机翼、尾翼、起落架和发动机。这种功能上的复杂性决议了在设计过程中不论是选择机身参数、尺寸和外形，还是确定作用在它上面的外载荷都有一定的难度。机身不仅接受其载重的重力，而且还接受从飞机各部件传到机身上的载荷。 机身主要参数确实定应该和飞机其它部件的参数计算同时进展。这些计算可以用迭代循环的方式进展，这种循环的简图如以

22、下图。3.3 3.3 机身设计机身设计3.3.2 3.3.2 机身参数确实定机身参数确实定 机身的尺寸可以作为它的参数上图所示，它们是：长度lf、直径df、最大横截面积SMf，以及无因次的长细比，包括kflf/df机身长细比，kfhlfh/df头部长细比，kftlft/df尾部长细比。当截面不是圆形时，它的特征尺寸是最大宽度B，最大高度H，还经常按机身的最大截面积来决议等效直径,即 机身的几何参数 3.3 3.3 机身设计机身设计下表：机身长细比数据下表：机身长细比数据 在统计的根底上导出了机身参数间关系的近似公式： 其中：b和A机翼的展长和展弦比； 其中：外形系数k，对于亚音速飞机k0.750.80；对于超音速飞机k 0.700.75；3.3 3.3 机身设计机身设计机身容积: 机身外表面积 3.3.3 机身横截面的外形 用地板梁衔接的双圆弧构成的机身横截面，地板梁在气密压差作用下接受拉伸飞机DC9或紧缩安243.3 3.3 机身设计机身设计机身横截面的分布3.3.4 3.3.4 机身头部和尾部外形的特点机身头部和尾部外形的特点 飞行员视野、头部外形与风挡玻璃的协调 3.3 3.3 机身设计机身设计 3.4 3.4 尾翼及其支配面的设计尾翼及其支配面的设计3.4.1 3.4.1 尾翼初步设计尾翼初步设计1 1、初步确定尾翼及支配面的位置和尺寸的步骤、初步确定尾翼及支配面的位