飞机总体设计3

1、飞机总体设计第三讲飞机总体设计第三讲飞机设计教研室飞机设计教研室第三讲：飞机总体设计的第一次近似第三讲：飞机总体设计的第一次近似 概念构思与概念草图概念构思与概念草图 飞机的主要总体设计参数飞机的主要总体设计参数 初步重量估计初步重量估计 权衡研究权衡研究 推重比与翼载荷推重比与翼载荷概念构思与概念草图概念构思与概念草图v概念构思的形成概念构思的形成 熟知同类用途飞机的布局形式，了解不同布局熟知同类用途飞机的布局形式，了解不同布局的利弊和特点的利弊和特点概念构思与概念草图概念构思与概念草图v概念构思的形成概念构思的形成 积累数据积累数据 飞机的数据 主要标准部件的形状和重量 座椅、炸弹、机炮、

2、集装箱 可能的发动机 了解相关领域的最新水平 气动、结构、飞控系统、隐身技术 “ “勿在浮砂筑高台勿在浮砂筑高台” ” 候俊杰候俊杰 深入深入浅浅出出MFCMFC概念构思与概念草图概念构思与概念草图v概念构思的形成概念构思的形成 积累数据积累数据 主要的数据来源飞机的技术说明书飞机的技术说明书 简氏飞机年鉴简氏飞机年鉴 （Janes All The Worlds Aircraft）飞机公司宣传资料飞机公司宣传资料设计教科书设计教科书期刊杂志期刊杂志 互联网互联网概念构思与概念草图概念构思与概念草图v概念构思的形成概念构思的形成 对各专业基本知识的全面了解对各专业基本知识的全面了解 创新的思想创

3、新的思想 美学观点美学观点v概念构思的体现概念构思的体现 概念草图概念草图（Conceptual Sketch）概念构思与概念草图概念构思与概念草图v概念草图概念草图 画出多个候选方案，不要指望一开始就知道该怎么做画出多个候选方案，不要指望一开始就知道该怎么做 在可能的情况下对多个方案都进行分析和优化在可能的情况下对多个方案都进行分析和优化概念构思与概念草图概念构思与概念草图v概念草图概念草图来源：KirschbaumsAircraft DesignHandbook, AircraftDesign Aid and LayoutGuide概念构思与概念草图概念构思与概念草图v草图的作用草图的作用

4、 确定你对要设计的方案的整体印象确定你对要设计的方案的整体印象 勾画出气动布局勾画出气动布局 表示出在哪里布置机组、有效载荷、乘员、表示出在哪里布置机组、有效载荷、乘员、起落架、发动机、燃油和主要的子系统起落架、发动机、燃油和主要的子系统 用于总体设计的第一次近似用于总体设计的第一次近似 估算初始的主要总体设计参数估算初始的主要总体设计参数飞机的主要总体设计参数飞机的主要总体设计参数v飞机运动方程分析飞机运动方程分析重力重力推力推力阻力阻力升力升力来源：Introduction to Aeronautics:A Design Perspective飞机的主要总体设计参数飞机的主要总体设计参数v

5、飞机的主要总体设计参数飞机的主要总体设计参数 设计起飞重量设计起飞重量 W0 (kg) 动力装置海平面净推力动力装置海平面净推力 T (kg) 机翼面积机翼面积 S (m2) 组合参数组合参数 推重比推重比 T/W0 翼载荷翼载荷 W0 /S (kg/m2)飞机的主要总体设计参数飞机的主要总体设计参数v 符号与单位说明符号与单位说明参数参数飞机总体设计飞机总体设计Aircraft Design: A Conceptual Approach (mks)重量重量 m (kg) W (kg)推力推力F (N) T (kg)重力重力G (N) 推重比推重比F0/G0 T/W0翼载荷翼载荷m0 /S (

6、kg/m2 )W0 /S (kg/m2 )升阻比升阻比K=CL/CD L/D飞机的主要总体设计参数飞机的主要总体设计参数vSizing参数选择；定参数参数选择；定参数！本讲介绍的简化方法，仅适合用于既不进行格斗，也不作装载放的飞行任务！本讲介绍的简化方法，仅适合用于既不进行格斗，也不作装载放的飞行任务！初步重量估计初步重量估计v起飞重量的构成起飞重量的构成 0crewpayloadfuelemptyWWWWW()()()()(/)(/)fe0crewpayload0000fe000crewpayload00crewpayload0f0e0WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW1WWWW乘员

7、乘员有效有效载荷载荷燃油燃油空机空机重量重量初步重量估计初步重量估计v空机重量估计空机重量估计 对不同类型的飞机，可以统计出一定的趋势对不同类型的飞机，可以统计出一定的趋势初步重量估计初步重量估计v空机重量估计空机重量估计 We /W0 =AW0C K vsAA-公制公制C双发涡轮螺桨飞机双发涡轮螺桨飞机0.960.92-0.05喷气式教练机喷气式教练机1.591.47-0.10喷气式战斗机喷气式战斗机2.342.11-0.13军用货机轰炸机军用货机轰炸机0.930.88-0.07喷气式运输机喷气式运输机1.020.97-0.06Kvs= 可变后掠常数 = 1.04 对可变后掠机翼 = 1.0

8、0 对固定后掠机翼 复合材料的应用：复合材料的应用： 近似为近似为We /W0 统计值的统计值的0.95倍倍初步重量估计初步重量估计v燃油重量估计燃油重量估计 机上燃油机上燃油“任务燃油任务燃油”储备燃油储备燃油“死油死油” 一级近似（一级近似（First-order design） ： 假设任务所需燃油与飞机的重量成正比，假设任务所需燃油与飞机的重量成正比，则则Wf /W0 近似地与飞机重量无关近似地与飞机重量无关 根据任务段重量比计算根据任务段重量比计算 任务段重量比：飞机在某一任务段结束时的重量除以该任务段开始时的重量 任意的第i段： ii-1WWi+1iWW或或初步重量估计初步重量估计

9、v燃油重量估计燃油重量估计 整个任务结束时的飞机重量整个任务结束时的飞机重量Wx与初始重量与初始重量W0之比等于各段重量比的乘积之比等于各段重量比的乘积 例如：例如：73567124oo123456WWW W WW WWWW W W W W W W初步重量估计初步重量估计v燃油重量估计燃油重量估计 各种任务段的重量比估算方法各种任务段的重量比估算方法 暖机、起飞、爬升和着陆 忽略下降段任务段任务段(Wi/Wi-1)暖机和起飞暖机和起飞0.970爬升爬升0.985着陆着陆0.995初步重量估计初步重量估计v燃油重量估计燃油重量估计 各种任务段的重量比估算方法各种任务段的重量比估算方法 巡航根据勃

10、列盖（Breguet）航程公式 待机(Loiter) 根据续航时间公式i 1iWV LRlnC DWV = 速度 (ft/s 或 m/s)R = 航程 (ft或m) E = 续航时间或待机时间C = 单位耗油率单位耗油率 L/D = 升阻比升阻比( /)ii-1WRCexpWV L D/i 1iWL DElnCW/ii-1WECexpWL D初步重量估计初步重量估计v单位耗油率（单位耗油率（SFC或或C） 单位时间内产生单位推力所消耗的燃油量单位时间内产生单位推力所消耗的燃油量 对不同类型的发动机可以进行统计拟和对不同类型的发动机可以进行统计拟和 注意单位！注意单位！典型喷气式发动机的典型喷气

11、式发动机的 SFC: 1/hrmg/Ns巡航巡航待机待机纯涡轮喷气式纯涡轮喷气式0.925.50.822.7低涵道比涡轮风扇低涵道比涡轮风扇0.822.70.719.8高涵道比涡轮风扇高涵道比涡轮风扇0.514.10.411.3初步重量估计初步重量估计v升阻比升阻比 K （或（或L/D）是设计方案总体气动效率的量度）是设计方案总体气动效率的量度 取决于两个设计因素：机翼翼展取决于两个设计因素：机翼翼展 浸润面积浸润面积 估算升阻比时常用的另一个机翼设计参数：估算升阻比时常用的另一个机翼设计参数： 展弦比展弦比=翼展的平方机翼参考面积翼展的平方机翼参考面积等效展弦比等效展弦比=aMacmaxaC

12、喷气教练机喷气教练机4.737-0.979喷气战斗机（格斗）喷气战斗机（格斗） 5.416-0.622喷气战斗机（其它）喷气战斗机（其它） 4.110-0.622军用运输军用运输/轰炸机轰炸机5.570-1.075喷气运输机喷气运输机7.500等效展弦比=翼展的平方/（机翼和鸭翼面积） 初步重量估计初步重量估计v升阻比升阻比Sjr/S （或或Swet/Sref）等效展弦比等效展弦比 l2/S浸润展弦比浸润展弦比 l2/Sjr概念概念草图草图+ +初步重量估计初步重量估计v升阻比升阻比最大升阻比！最大升阻比！巡航巡航待机待机喷气式喷气式飞机飞机0.866L/DmaxL/Dmax螺旋桨螺旋桨飞机飞

13、机L/Dmax0.866L/Dmax初步重量估计初步重量估计v 燃油重量估计燃油重量估计 在不考虑有效载荷投放的情况下，任务过程在不考虑有效载荷投放的情况下，任务过程中的总重减少，必然是燃油消耗所致中的总重减少，必然是燃油消耗所致 任务中消耗的燃油任务中消耗的燃油 一般情况下，可假定余油储备和死油占一般情况下，可假定余油储备和死油占6%()x0W1W.()fx00WW106 1WW初步重量估计初步重量估计v一级近似法一级近似法 （First-order design method） u 任务段中不得进行有效载荷的投放任务段中不得进行有效载荷的投放u 迭代通常只须几次就可以收敛迭代通常只须几次就可以收敛权衡研究（权衡研究（Trade Studies）v 方案研究中的一个重要环节是与用户一道方案研究中的一个重要环节是与用户一道评审和仔细分析设计要求评审和仔细分析设计要求v 通过对要求中的项目进行变化，可以分析通过对要求中的项目进行变化，可以分析出该项目对起飞总重的影响，进而更合理出该项目对起飞总重的影响，进而更合理地确定要求的取值地确定要求的取值v 还可以反映出新技术（如采用某种复合材还可以反映出新技术（如采用某种复合材料）对设计的影响料）对设计的影响权衡研究（权衡研究（Trade Studi