飞机总体课程设计110座支线飞机

1、（110座级支线客机概念设计） 学院：航空宇航学院1、 设计要求：全经济舱布置110人（每人重75kg）每人行李总重：20kg巡航速度：飞行高度：35000英尺39000英尺航程：2300（km），45分钟待机，5燃油备份备用油规则：5%任务飞行用油+ 1,500英尺待机30分钟用油+ 200海里备降用油。起飞场长：小于1700（m）着陆场长：小于1550（m）进场速度：小于220 （km/h）二、飞机构型的确定飞机型号有效载荷（t）起飞重量(kg)巡航速度(km/h)航程(km)CRJ-900 8602778ARJ219233700BAe1462554SSJ-1004587845902. 飞

2、机布局形式 参考机型：庞巴迪航宇集团CRJ-900 中国商用飞机有限公司ARJ21 英国航宇公司BAe146 加加林航空制造集团SSJ-1001）尾翼（正常式“T”型单垂尾） 避免发动机尾喷流达到平尾上。 避免机翼下洗气流的影响“失速”警告（安全因素） 外形美观（市场因素）2） 机翼（采用下单翼） 便于安装起落架，且不挡住发动机进气。 可以布置中央翼，减轻机翼结构重量。3） 发动机（尾吊双发涡轮风扇发动机） 飞机的驾驶比较容易，噪音小，符合易操纵性和舒适性的要求。4） 起落架 前三点型式，主起落架安装在机翼上5） 飞机草图3、 机身外形的主要参数1.通道：单通道 经济舱：5*22=110 另外

3、布置厨房、厕所及安全门2. 机身横截面及当量直径 1）经济舱座椅宽度19-21in，取21in；其中中间位置加宽为22in；过道宽度为19in。 机舱宽度为：21*4+22+19+10=135（其中为了舒适及结构需要增加10in） 2）截面采用圆截面 座椅设置在最大直径处，因此当量3. 中间段长度确定 经济舱座位间距为31-34in，取34in。 中间段设计一个I型（24in）和一个III型（20in）应急出口，以及2个厕所每个宽36in 中间段长度为：34*22+24+20+36*2=864in=22m4. 尾段长度确定 喷气式旅客机的lfc/ df在1.8-4之间，取2.5. 机身头段确定

4、4、 主要参数的确定1.主要参数的确定1）飞行参数 航程2300（km）为1242海里2) 重量的估算 则有： 则：现在假设3个起飞重量，分别为80000lbs,140000lbs,200000lbs其中Wpayload=209.44*110=23038lbsWto80000140000200000Wfuel206403612051600Wpayload230832308323083Wempty3627780797125317最大起飞重量121135lbs 使用空重70775.9 lbs燃油重量16609.1 lbs 2. 推重比及翼载荷 根据下面的约束条件，画出界限线图 1)起飞状态下的推重

5、比约束2 )平衡场长度约束3) 第二爬升阶段状态下推重比约束4) 进场速度对翼载的约束5) 突风影响下翼载约束起飞距离：1600米平衡场长度：1600 米着陆距离：1500 米进场速度：70 米/秒。俯冲速度：200 米/秒。后掠角：25°涵道比：6界限线图:在可行域内，推重比靠下，翼载荷靠右，并留有足够的余量，取推重比为0.4,取翼载荷为4300N/m2总推力：T=0.4*121135=48454lbs5、 动力装置的选择 1、 根据飞行高度和速度确定发动机的类型，巡航马赫数0.78，巡航高度3500 0ft（10668m）选发动机为涡轮风扇发动机。 2、涵道比和比推力的选择：当飞

6、行速度较大时，M数0.70.85，选用高涵道比涡轮风扇发动机。涵道比取为6。 3、发动机的选择 在35000ft高度，空气密度0.38，巡航马赫数MN=0.78，涵道比R=6，c参照各种发动机的性能参数和同类飞机的发动机选择 CFM56-5A1此发动机参数：推力（lbs）涵道比增压比自重(lbs)风扇直径(m)空气流量（lbs/s）25000649608526、 机翼外形设计1、翼型的选择 翼型的选择主要取决于飞机的飞行速度，对于高亚声速喷气运输机，选用超临界翼型。超临界翼型能提高翼型的临界马赫数，特别是翼型的阻力发散 马赫数。2、 机翼平面形状的设计 1）机翼面积S：由翼载荷W/S可以得到机

7、翼面积S= 125.4 2）根梢比入：对于喷气运输机，入在0.2-0.4之间，参考同类飞机，取入=0.4；3)后掠角 ：对于高亚音速飞机，后掠角在2540°之间，取后掠角=25° 4）展弦比AR ：对于喷气运输机，展弦比在7.0-9.5之间。取用AR=9 5）根据上面的参数确定展长，翼根弦长，翼尖弦长，平均气动弦长3、 厚度根部15%转折处12%尖部11% ，平均相对厚度取12% 4、 机翼安装角巡航的升力系数：取升力线斜率为算出安装角 5、机翼的扭转角，上反角以及翼梢形状的设计扭转角：喷气运输机为0°7°的负扭转角，取为3°上反角：对于亚音速

8、后掠翼的下单翼飞机，上反角为3°7°，取3°翼梢形状：采用翼尖小翼，能有效减小阻力，增加航程，减少燃油。6、 增升装置、副翼与绕流板设计 1）增升装置Clmax起飞= 1.07 (Clmax起飞- CLmax) Clmax着陆 = 1.07 (Clmax着陆- CLmax) 前缘缝翼 2）副翼 满足横向操作性要求，根据统计数据 相对面积S副/S = 0.05 相对弦长c副/c = 0.20 相对展长L副/L = 0.20 偏角 副= 25°30°，取28° 3）扰流板 一般位于后缘襟翼的前面，当绕流板非对称打开时，可产生滚转力矩； 当

9、扰流板对称打开时，可增加阻力，起减速作用。每侧四块。 4）机翼梁的布置 前 梁：在1622弦长处，取20% 后 梁：在6075弦长处，取70%5）机翼内燃油容积两者比较有,燃油容积是满足要求的。7、 机翼外形草图七、尾翼外形 1、平尾 1）平尾容量Wfus 最大机身宽度 Lfus 机身长 SW 机翼参考面积 CW 机翼平均气动弦长根据纵向机身容量与平尾容量的关系图，每单位重心范围容量约为3.6,喷气运输机的重 心范围为32%。所以有平尾容量VH 2）平尾外形参数 尾力臂取50%的机身长度,平尾容量VH=(SHLH)/(Sc) 代入数据：平尾面积SH2展弦比：为保证平尾不能比机翼先失速，展弦比较

10、小，取展弦比为4 后掠角：一般比机翼大5°，为30°2、 垂尾 1）垂尾容量Hf us 最大机身高度Lfu s 机身长度SW 机翼参考面积bW 机翼展长 2） 垂尾外形参数VV : 垂尾容量SV : 垂尾面积S ： 机翼面积lV ： 垂尾力臂bW ： 机翼翼展m2后掠 角：一般比机翼大5°，取为30°8、 发动机短舱 1、 发动机参数采用分离式的喷流发动机短舱：+32.2.M-0.01(DM)W+5.84)W+4.5）2LAB=(DMG-DJ)×0.23；2、 安装位置9、 起落架布置1、 各参数确定1）停机角：通常取值范围0°4&#

11、176;，定为2°2）着地角：对于大多数飞机在10°15，且需大于上翘角（13°），取为143）防后倒立角：=+（1°2°）=15°前轮承受飞机重量的最佳百分数大约为飞机重量的8%15%，定为10%5） 防侧翻角：一般不大于55°，定为50°6） 起落架高度：h=c/tan2、机轮的布置及轮胎类型根据飞机总重量121185lbs，主起落架：每支柱4胎，尺寸40×14（in）前起落架：每支柱2胎，尺寸24×7.7（in）类型：参考同类飞机，选用超高压轮胎（Vll型）3、 飞机草图十、重心的计算1、

12、飞机的过载取过载=2.5,2、 机翼结构重量其中： bref = 1.905 ； 为零燃油重量43029kg对于运输飞机（Wto > 5670)：Kw = 6.67 ´ 10-3机翼上有扰流板和减速板，增加2%。3、 尾翼结构重量1） 平尾结构2） 垂尾结构其中：S平 平尾面积（ft2)； S垂 垂尾面积（ft2)； l平 平尾尾力臂（ft)； l垂 垂尾尾力臂（ft)；tr,平平尾根部最大厚度（ft)； b平平尾展长（ft)； tr,垂垂尾根部最大厚度（ft)； b垂垂尾展长（ft)；4、 机身结构重量KwfVD设计俯冲速度（km/h）lt机翼根弦1/4处至平尾根弦1/4处之

13、间的距离bf机身最大宽度（m）；SG机身壳体面积（m)；对于增压客舱，增加8%后机身安装发动机，增加4%5、 起落架装置重量起落装置重量包括：主结构（支柱和撑杆）机轮、 刹车装置、 轮胎、 导管和冷气装置；收放机构、阻尼器、操纵器件、机轮小车等。6、 控制面操纵系统的重量7、推进系统重量推进系统重量包括：发动机安装发动机的结构短舱操纵发动机的附件（起动和控制系统等）反推力装置燃油系统8、 固定设备重量包括：辅助动力装置（APU）仪表、 导航、 电子设备液压、 冷气、 电气装饰和设备空调和防冰等最大起飞重量为：47251.1kg ,与之前拟合的飞机重量接近 占最大起飞重量的比重为：27%9、重心

14、估算起落装置：与全机重心重合动力装置：由发动机重心位置来确定固定设备：与全机重心重合燃油：根据油箱布置的位置，计算油箱的体积和重量，燃油密度r3有效载荷：（乘客和行李、 货物或武器弹药），由载荷的布置来确定10、重心定位重心在平均空气动力翼弦的位置：部件载荷mgx（10Nm）x（m）mg（10N）机翼机身平尾垂尾动力装置燃油有效载荷8399810006312506121744814120合计629361重心在平均空气动力翼弦的位置：11、 气动特性分析1、升力线斜率在亚声速时,其中： cmax,t为翼型最大厚度线的后掠角为23度，为展弦比，若有翼尖小翼，则： F为机身升力影响系数： 其中d为机

15、身当量直径，l为机翼展长。 所以2、 最大升力系数的计算襟翼未打开，大展弦比、中等后掠角和翼型前缘半径较大时，有：襟翼打开的情况下，有，3、 废阻系数的计算采等效蒙皮摩擦法 ，是飞机湿润面积 是等效蒙皮摩擦系数：对于Jet Transport: 对于Jet Fighter: = 0.0035 S是机翼面积 4、 升致阻力系数的计算当升力是理想分布（椭圆分布）时：对于实际机翼， ，e: Oswald翼展效率因子（0.7 0.85） 对于亚声速后掠翼：12、 飞行性能分析 1、 平飞需用推力平飞需用推力计算公式其中速压 Pa 是基准高度、基本构形的零升阻力系数 飞机升力系数 所以飞机平飞需用推力&

16、lt;112500*2N所选发动机满足要求2、升限计算 查国际标准大气表，可知，11000米高度大气压为 所以飞机升限约为11000米3、盘旋性能计算 盘旋过载： 盘旋半径： 盘旋一周的时间： 盘旋角速度：4、爬升性能计算等速爬升计算公式 以H=0时计算爬升性能由 得 所以5、 航程、航时计算 飞机的航程是由爬升段、巡航段和下滑段组成的，其式为： 其中爬升段和下滑段航程约占飞机总航程的10左右。 对于等高、等速航程，巡航段航程为： 其中 根据前面的计算结果可知 巡航段可用燃油量 发动机耗油率 推力有效系数 巡航速度 巡航段飞机阻力 所以总航程 续航时间 其中 6、起飞性能计算 1）起飞速度计算

17、受失速速度限制时，飞机离地速度为 受擦地角或前方视界限制时，飞机离地速度为 2）起飞滑跑距离计算把起飞滑跑分成三轮滑跑和抬前轮后的两轮滑跑两个部分。第一部分假定从零速度开始加速到起飞离地速度，滑跑距离为: 1288m式中: 第二段滑跑假定以 跑3s，则： 总滑跑距离为：7、着陆性能计算1)着陆速度计算飞机的着陆速度为： 式中： 接地速度(kmh)； K 地面效应影响系数，一般取0.900.95。取0.9 2)着陆滑跑距离计算=1328m前轮接地时的速度，(可取0.95 =145km/h )；减速伞阻力系数分别是两轮滑跑和三轮滑跑时的飞机 阻力系数； 分别是两轮滑跑和三轮滑跑时的升力 系数。 13、 总结飞机设计是很有意思的一个过程，学到了不少的知识，让我深刻了解了一架飞机的设计流程。虽然遇到了不少的困难，但是通过上网找资料、查阅相关的书籍和同学之间的相互讨论都得到了很好的解决，我相信这些知识将更加的难忘，对我以后的工作和学习都会有很大的帮助。飞机设计同时也是一个很复杂的过程，以前学习过的很多课程都需要运用起来。流体力学，飞行力学，材料力学等，还会用到MATLAB，Auto CAD、CATIA等软件。这个过程使我意识到如果将来做个总师，需要学习和掌握的东西还