飞机构型设计总体

飞机构型设计总体飞机总体设计框架设计要求

布局型式选择

主要参数计算

发动机选择部件外形设计机身机翼

尾翼

起落架进气道

三面图部位安排图结构布置图

分析计算重量计算气动计算性能计算结构分析

是否满足设计要求？最优？什么是飞机构型指飞机几何外形的主要特征及飞机各种装载布置方案的总称。通常区分飞机构型主要是根据部件的外形、数量和相对位置：-尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置-机翼的平面形状及其在机身上的安装位置-发动机（进气道）数目和安装位置-起落架的型式和收放位置影响飞机构型选择的因素

性能和使用要求技术储备

市场因素

设计传统和风格

EF2000F-22S-37飞机构型选择的思维特点

创造性非逻辑性思维非唯一性虽然设计要求相同但构型可完全不同飞机构型的非唯一性（1）

幻影-2000

-无尾布局型式-机翼形状：三角翼-蜂腰形机身-一台发动机装在机身尾段-机身两侧的进气道F-16

-正常式的布局型式-切角三角形的中单翼-翼身融合体-机身腹部进气-一台发动机装在机身尾段飞机构型的非唯一性（2）

Vulcan B-47起飞质量81.6T79T载弹量9.5T 10T最大速1038km/h1050km/h航程7650km6500km

“火神”采用无尾三角翼布局形式，4台发动机。B-47采用后掠翼的布局型式，6台发动机。

B-47与“火神”飞机1.尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置平尾前、后位置与数目

1．正常式

2．鸭式（Canard）

3．无尾式正常式飞机

水平尾翼的气动力-平尾对全机升力贡献的大小与重心的位置有关-纵向静稳定性优点与缺点

-技术成熟，所积累的经验和资料丰富，设计容易成功。-机翼的下洗对尾翼的干扰往往不利，布置不当配平阻力比较大。

鸭式布局全机升力系数较大；L/D可能较大；为了保证飞机的纵向稳定性，前翼的迎角必须大于机翼的迎角；前翼应先失速，否则飞机有可能无法控制。

鸭式布局远距鸭式布局

通常用在轻型亚音速飞机：AD100和AD200近距鸭式布局-鸭翼前缘有较大后掠角，面积也比远距鸭翼(指战斗机)大得多。迎角不太大时，稳定脱体涡，提供非线性升力-在大迎角时，鸭翼脱体涡减缓附面层的分离，可以改进飞机的机动性和大迎角时的气动特性。-近距鸭式布局飞机多半为纵向静不稳定或稳定性很小：依赖于自动控制系统。-实例：SAAB-37战斗机；EF2000；我国新歼

实例：鸭式布局LongEZ为什么采用鸭式布局?供业飞行余爱好者使用防失速是最重要的!Proteus为什么采用鸭式布局?考虑任务载荷的多样性是首要任务UniqueConfigurationAdaptstomanyMissionRequirementsModularityisKeytoMulti-MissionCapabilityMidFuselageisaDedicatedPayloadComponentWingandCanardtipscanextendtoadapttheVehicleAerodynamicstoawiderangeofPayloads无尾式布局用机翼后缘处的襟副翼作为纵向配平的操纵面，往往采用后掠角较大的三角形机翼；具有稳定性的无尾飞机进行配平时，襟副翼的升力方向向下，引起升力损失；结构重量较轻：无水平尾翼的重量；气动阻力较小：采用大后掠的三角翼，超音速的阻力更小；起飞着陆性能不容易保证。

实例：无尾式布局幻影2000正常式和无尾式飞机的零升阻力

尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置

(续)平尾高、底位置-上平尾-中平尾-下平尾-

“T”平尾-

高置平尾选择平尾高低位置的原则避开机翼尾涡的不利干扰将平尾布置在机翼翼弦平面上下不超过5％平均气动力弦长的位置，有可能满足大迎角时纵向稳定性的要求。避开尾喷流的不利干扰有利于结构布置平尾安装在机身上对减轻结构重量有利考虑角度上平尾中平尾下平尾“T”平尾高置平尾结构布置

不同平尾高低位置的实例米格15波音717垂尾的位置和数目

位置-机身尾部：大多数飞机垂尾装在机身尾部-机翼上部：数目：-单垂尾：多数飞机采用单垂尾，高速飞机加装背鳍和腹鳍

-双垂尾：压力中心的高度显著降低，可以减小由侧力所造成的机身扭矩可显著地降低其侧向的“雷达散射截面”（RCS）

-无垂尾：B-2实例苏27YB-492.翼的平面形状及其

在机身上的安装位置机翼的平面形状-直机翼-后掠翼-三角翼-小展弦比在机身上的安装位置-上单翼

-中单翼

-下单翼

直机翼的特点主要用在低速飞机低速气动特性良好，诱导阻力小、升阻比大低速翼剖面的相对厚度比较大，结构布置、强度和刚度以及重量问题易解决。后掠翼的特点优点：

-能有效地提高临界M数，延缓激波的产生，避免过早出现波阻。缺点：

-气动方面：在大后掠角和大梯形比的情况下，大迎角时翼尖容易先失速，从而使飞机的稳定性和操纵性变坏。

-对机翼结构的布置及其强度、刚度和重量特性的影响不利。不同形式的后掠翼后掠翼的广泛应用（1）高亚音速的民用及军用飞机普遍广泛地采用后掠翼轰六后掠翼的广泛应用（2）对于超音速飞机，后掠翼可以改善其跨音速的气动特性。F-86F-14三角翼的特点优点具有小展弦比和大后掠角两方面的特点，其跨音速气动特性良好，气动焦点变化较平稳。根弦较长，在翼型相对厚度相同情况下，可得到较大的结构高度。三角翼的气动、强度、刚度和重量特性均较好。缺点升力线斜率较小，飞行速度较小时需较大的迎角，才能提供足够的升力。对于小展弦比大后掠角的三角翼，当迎角较大时，将产生强烈的下洗气流，尾翼布置困难。不同形式的三角翼幻影2000阵风（法）"协和"号超音速客机后掠翼、三角翼与小展弦比的比较

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升力线斜率12机翼在机身上的安装位置

因素上单翼中单翼下单翼干扰阻力21*3稳定性123视界123起落架重量3**21结构布置131安装吊舱123*有利于翼身融合，**若收入机身内，无影响

机翼位置对气动特性的影响翼身组合体的极曲线对横滚力矩特性的影响中单翼飞机F-16下单翼（客机）A320为什么大多数喷气客机采用下单翼？

机翼结构可从客舱地板下穿过起落架短、结构重量轻、易收放发动机和襟翼易于检查和维修安全考虑：强迫着陆时，机翼可起缓冲作用。不利因素：

机身机翼气动干扰较大

机翼离地近，吊舱安装困难。

部分客舱的座位的视线被机翼遮挡上单翼（运输机）C-130安-25运-8安-72为什么大多数军用运输机采用上单翼？为了满足使用要求！-机身地板离地面尽量近3.发动机数目和安装位置

发动机数目

-单发：操纵简单，附加重量轻，成本低,安全性差-双发（多发）：生存力强

安装位置

-单发：机身（前、后）-双发：机身尾段机翼下部机翼或尾翼根部短舱

进气道布局

头部进气道：布置紧凑，机身截面小，进口气流均匀，机炮对进气影响小；不能装或仅装小雷达天线。

两侧进气道：进气道短，内管损失小，机头便于装雷达天线

短舱式：进气道短，不占机身内部空间，对内部布置和结构布置无干扰；但要增加额外的阻力。

腹部进气道

背部进气道实例（1）实例（2）发动机翼吊布局支持翼下安装发动机的观点：-能减轻结构重量；-载客量相同时机身长度小；-发动机短舱安装高度小，便于维护；-飞机重心控制容易。

发动机尾吊布局支持在机身尾段安装发动机的观点：机翼升力系数大；单发熄火时，由于发动机离机身近，配平操纵较容易；可采用较短的起落架；座舱内噪音较小；减小飞行阻力717公务机的构形HondaJet

4.起落架的型式和收放位置后三点前三点自行车式

后三点优点：尾轮小而轻，设计简单；可以利用气动阻力提供减速力；缺点着陆时操纵困难起飞和着陆滑跑时不稳定后三点起落架不能用于喷气式飞机起飞和着陆滑跑时不稳定前三点适用于着陆速度较大的飞机，在着陆过程中操纵驾驶比较容易。具有起飞着陆时滑跑的稳定性。飞行员座舱视界的要求较容易满足。可使用较强烈的刹车，缩短滑跑距离。缺点是前轮可能出现前轮“摆振”现象。自行车式起落架可收入机身里，布置起落架舱比较容易。在起飞滑跑时，要求较高的驾驶技术。延长了着陆滑跑距离。因为需要安装大功率的转弯操纵机构，和在两侧机翼下面安装辅助支点，故其重量要比前三点式起落架的重量大。多支点式起落架

波音-747、C-5A飞机的起落架

其它的一些布局型式三翼面飞翼联结翼(JointedWingConfigurations)

双机身(DoubleFuselageConfigurations)

前掠翼布局型式斜翼布局型式三翼面飞翼JointedWingConfigurationsDoubleFuselageConfigurations前掠翼布局型式选择飞机构型的步骤收集与所设计要求相近的飞机资料

记下所有可能的飞机构型分析比较这些飞机型式的优缺点选择一种飞机型式

举例：六座轻型飞机AD-600收集与所设计要求相近的飞机资料

飞机型号载荷(lbs)起飞重量(lbs)巡航速度(kts)航程(n.m)BeechDukeB60130067752391,080BeechBaronM58150054002001200CessnaT303165051501961000PiperPA-44-18012503800168725AD-600*125079002501000可能的飞机型式-正常式

-鸭式（Startship）-三翼面

（PiaggioAvanti）分析比较

-为何要采用正常式确定飞机构型

1）正常式“T”平尾，单垂尾2）机翼：直机翼，上单翼3）在机翼上安装二台推进式活塞式螺旋浆发动机-噪声小-稳定性好

4）起落架：前三点型式，安装在机身上

三面图（草图）为什么要采用“T”平尾

优点：

避免机翼下洗气流和螺旋浆滑流的影响：1）减小尾翼振动；2）减小尾翼结构疲劳；3）避免发动机功率突然增加或减小引起的驾驶杆力变化利用端板效应，气动效率增加，垂尾的面积可适当减小“失速”警告（安全因素）外形美观（市场因素）缺点：

增加垂尾的结构重量

接近“失速”时平尾可能失效接受或克服缺点：

由于垂尾面积可适当减小，可减缓结构重量增加的程度。设计机翼时，避免机翼上仰，使飞机在大攻角时仍然稳定（无平尾时）。BurtRutan:创新飞机设计师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