直升机总体设计.ppt

1、直升机总体设计，授课人：陈明，本课程的要求，本课程的主要任务是让学生掌握直升机总体设计的特点、主要内容、基本原则、主要方法和主要问题，了解现代直升机的总体设计水平和发展趋势。培养学生树立正确的工程设计理念，特别是学会从全局出发，具有平衡、整合、协调和综合的能力，学会与他人沟通、沟通和合作，正确处理总体设计中的各种矛盾。知识的综合应用，紧密联系实际。第一章绪论，直升机设计的特点：1)直升机设计是一门应用科学。直升机总体设计是直升机设计学科的重要组成部分。2)综合应用了一系列基础科学、应用科学和工程技术的最新成果。1.1直升机设计的定义、任务和要求。任务：确定直升机的配置、布局、结构和其他部件，以

2、确保直升机能够在一定限度内最有效地满足给定的技术要求。要求：1)必须有明确的设计目标，在分析综合的基础上确定新机器的设计技术状态；2)要考虑主客观条件，处理好各种关系；3)应有专门的设计机构和相对完善的试验和试制基地。定义：根据实际情况最佳起草“技术文件”的过程。1.2直升机设计的一般过程，直升机研制阶段可分为：总体研制要求论证阶段、方案论证阶段、工程设计阶段、试生产和试验阶段、设计定型阶段和生产定型阶段。直升机设计分为三个阶段：1)概念设计2)初步设计3)详细设计和概念设计(方案设计或总体设计)。主要工作内容：全机总体布局方案论证全机总体布局方案论证全机总体结构方案论证各部件和系统方案论证全

3、机重量计算、重量分配和重心定位、附件和设备的选择和确定、新材料和新工艺的选择和确定、新研制零件的技术要求和配合关系的确定，概念设计阶段的任务是根据设计技术要求形成所设计直升机的概念和基本概念，并制定出满足设计要求的初步技术方案。计算机辅助设计用于现代直升机设计。因此，在这一阶段，通常可以选择几种方案进行比较分析，经过充分论证后，可以初步确定直升机构型和气动布局方案。初步设计(技术设计或打样设计)，主要工作内容：1 .空气动力学方面。结构设计3。系统设计4。总图、详细设计(工程设计或零件设计)，主要工作内容：继续进行性能、操纵稳定性、空气动力学、动力学等方面的校核试验。并利用校核试验结果和从图纸

4、中获得的重量、重心和惯性数据计算综合性能、操纵稳定性等。完成整机和零部件的重量、重心和惯性的计算，并提交静动态试验任务书和飞行试验任务书。完成样机试制所需的所有图纸和技术文件，包括：零件图、装配图、理论图等。以及生产、安装和组装直升机部件、系统和整机所需的所有技术文件。1.3直升机总体设计的特点直升机总体设计是指总体方案设计从概念设计到初步设计阶段的全过程，其最终目标是给出新飞机的最优总体方案，这是直升机研制中最重要的阶段。主要特点：1.3.1综合与协调1.3.2迭代与逐次逼近1.3.3创新性与科学性。随着现代科学技术的发展，直升机作为高科技产品的设计理念、设计技术和设计方法也发生了革命性的变

5、化。另一方面，新技术也促进了航空科技的进步和发展。直升机新概念、新理论、新结构、新设计原则和设计方法的应用，使直升机设计趋于复杂和全面。直升机总体设计、气动设计、结构设计和工艺设计的设计理念已经不能满足现代直升机发展的要求。第二章，直升机设计技术要求和直升机设计方案评估标准，直升机设计基础：直升机设计技术要求军用直升机：民用直升机战术技术要求：使用技术要求。直升机发展必须有明确的指导思想。正确的发展指导思想应充分考虑相关的主客观条件和工程设计的一般规律，还应反映国家对直升机发展和应用的一系列政策、各用户的要求以及国内外的技术水平和发展趋势，并进行综合分析。错误的研发指导思想往往导致研发工作误入

6、歧途，造成时间、财力和人力的极大浪费。确定正确的指导思想应作为研发工作的首要问题，并应始终如一地进行，以达到预期目的。2.1直升机设计技术要求，2.1.1直升机设计技术要求的主要内容：1 .直升机的任务或目的(1)直升机的任务或目的(2)操作环境条件(2)主要装载条件(1)机组人员(2)人员或货物(3)武器(4)特殊设备，3主要飞行性能(1)悬停上限(无地面效应)或垂直爬升率(2)使用上限或最大爬升率(3)最大水平飞行速度(4)续航时间或航程(或有效半径)(5)单引擎停车性能(安装多引擎)。其他要求包括着陆点、自转着陆、水面着陆、抗风浪性、运输条件、三道防线、机动性、抗坠毁性、生存性、可维护性

7、等。5.典型任务剖面图(直升机完成典型任务的飞行路线综合图)，图2-1直升机典型使用曲线，T0从基地开始；T1带着机组人员和燃料直接起飞；T2爬升到巡航高度；T3飞行d1距离，然后降落，装载数吨货物；T4垂直起飞；T5飞行d2距离，悬停和卸载无地面效应；T6返回基地；T7带着剩余的油着陆t分钟；技术要求演示：需求(战斗、使用)、军用直升机和威胁分析；现有设备的缺陷或不足；技术和经济可行性分析；提出战术技术(使用技术)要求；进行风险分析；清晰的发展计划和周期。中程通用运输直升机(简称MUT。定义：1 .概述2。任务应该完成的任务：基本任务和辅助任务。特点：1 .性能特征(1)基本特征(2)单引擎

8、停车性能(3)机动性(4)机动性和稳定性(5)空气动力学特征。2.1.2直升机技术要求示例，2。设计特征(1)重量(2)结构设计标准3。可靠性4。可维护性可用性6。环境条件。生存能力和脆弱性。使用寿命3。设计和施工：1 .材料属性2。生存能力3。标准零件和材料。4.各功能区的特点：1 .机身2、起落架3、动力系统4、仪表和飞行员设备5、航空电子设备6、直升机地面运动7、货物运输2.1.3特殊要求示例、表2-2直升机命中部件统计、2.2设计规范、适航规章和设计规范、设计规范和适航规章：1。直升机设计规范和适航规章是在直升机设计实践过程中逐渐形成的，是直升机设计和使用实践的积累和总结；2.这是设计

9、过程中必须遵循的强制性文件。这也是直升机设计定型或适航认证验收的基础。3.内容包括设计情况、安全系数、过载、重量、重心、飞行载荷、着陆载荷、强度和刚度、动力特性、配平特性、机动性和稳定性、飞行品质、结构试验、飞行试验等。4.它是一个通用文档，应该在特定的模型设计中进行适当的定制，以形成模型设计规范，并作为模型验收的基础。设计定型和适航性认证：1。军用直升机的设计定型由国家组织的专项定型委员会根据总体开发要求和设计规范进行评审和验收，合格后颁发定型证书；2.民用直升机适航条例(CCAR-27和CCAR-29)是民用直升机的最低安全标准。在适航管理方面，民用直升机管理有三个证书：“型号证书(TC证

10、书)、生产许可证(PC证书)和单机适航证(AC证书)。”民用直升机只有在该型直升机获得型式证书和单机获得适航证后才能进入民用市场。2.3直升机设计方案有效性的评估标准。为了评估和优化直升机总体设计方案，需要一个评估标准；一般来说，最普遍、通用或概括的有效性标准是该直升机完成的有效工作与开发和使用该直升机的总成本之比。当一个总体方案能够满足战术(作战)技术要求时，它被认为是可行的，但不一定是最佳方案。效能准则的一般要求：尽可能全面地反映直升机的各种要求；可以进行定量分析；它简单明了，易于在开发阶段使用。第一级包括功能有效性标准、生产有效性标准和使用有效性标准。评估完成基本任务及其技术完善的有效性

11、的标准是功能有效性的标准。从结构可制造性和生产条件进行评价的标准是生产有效性的标准；从使用质量的角度进行评价的标准是使用有效性的标准。第二个层次是从经济的角度评估使用中的直升机的经济标准。第三个层次是最高层次的标准，是从经济的角度评价某型飞机在完成某项国民经济任务时的经济标准。一般来说，评价标准分为三个层次(三个层次):这个标准一般反映三个因素：单位时间生产率完成的有效工作量；重量减轻的程度通常用直升机总重量、空重和有效载荷之间的关系来表示；从燃油消耗的角度衡量直升机的经济性。1.重量效率的定义：(21) : Gtl总载荷，G总重量优势：重量效率相对简单，可以清楚地表明直升机重量减轻或结构完善

12、的程度。在评估直升机的运输效率时，可能会出现错误。1.功能有效性标准。2.生产率的定义：(22)公式中A完成的工作量。Gci在路线I上运输的货物重量；李在一号线的航行；(Gc)m运输货物的平均重量；运输货物的总航程；t完成工作量a所需的总时间；飞行生产率(Zf):其中KV表示平均飞行速度Vm与巡航速度VC的比值；单位空重的飞行生产率和单位总重量的飞行生产率：优点：更全面的问题：它没有反映气动和动力装置的完美，(24)，(25)，3。米莉标准等效范围(Leq ):中的Gtl总载荷是有效载荷；Gu和燃油量Gf之和；VC直升机的巡航速度：以夸脱小时为单位的油耗；图2-5具有相同LEQ的两架直升机的货

13、运量和航程之间的关系。换算生产率公式中直升机的升阻比：功率利用系数；旋翼效率：在Cec巡航状态下的单位燃料消耗；Gm任务负载。图2-考虑到重量、气动力和动力装置的完善性以及总重量的影响，6米-6直升机的转换生产率和航程之间的关系。1，劳动量公式中零件的零件数n；零件号。第n部分的硬度系数kn，kn=110；mn第n部分所需的作业数；Gn的第n部分的重量；2.材料利用系数k=零件重量/毛坯重量，与工艺方法密切相关，反映设计者考虑的可制造性程度，(2-9)，(2-10)；2.生产有效性标准，技术维护工时比：每飞行小时的技术维护量：在设计过程中，应努力改进飞行前后的维护工作和各种定期的修理和更换，以

14、减少技术维护工作量，(2-12)，(2-11)，3。使用有效性标准，如：运输直升机：成本/(吨公里)或成本/(乘客公里)(2-13)半经验统计公式：公式中的成本；Gi成分重量(或其他特征参数)；f复杂性系数。由a和b统计分析确定的系数；(2-14)。第四，直升机使用的经济效益准则主要考虑以下内容：该模型的技术发展前景、技术效果和生产率；新机器的设计、制造和投入使用周期；工业化生产的可能性，技术和生产工艺发展的前景；新机器的生产规模和劳动量；结构进一步完善后可达到的水平和发展趋势；结构材料的资源和前景；合理使用提供给工业部门的物质资源和人力；技术装备使用条件和新机械应用水平及发展前景；在技术使用

15、范围内合理使用物质和人力资源。5.直升机使用的国民经济效益。最终评估取决于直升机效率与直升机总成本的比率。总成本应该是开发、生产、使用和支持成本的总和，称为Lif周期成本。图2-7全寿命周期费用的分配和决策，2.4直升机的使用效率，1。作战效能定义：指武器装备完成预定作战任务的能力。武装直升机的作战效能应包括四个方面：作战能力、可用性、可靠性和安全性。E=CADS公式：e效率；战斗能力；可用性；可靠性；美国的保证程度。图2-8:军用直升机的作战效率结构。通用武装直升机的作战效率可以由三个关键因素决定：任务能力、可用性和生存能力。Pm任务能力；Pa可用性。Ps生存能力，RAH66战斗力结构图，1

16、。可比性。全面性3。限制3。运用指数法评估作战效能已被广泛应用。该方法结构简单，使用方便。例如：武装直升机的战斗力c=lnb ln(1a 1)ln(1a 2)ln(1a 3)ln(1a 4)，其中：b机动性指数；A1武器性能指数；A2检测设备性能指标；A3电子对抗设备性能指标；A4生存指数，二。作战效能评估的特点，表2-3武装直升机作战效能评估实例，第3章直升机类型的分析与选择，直升机类型根据以下原则分为三类：1 .平衡旋翼反作用力矩的不同方式分为：带尾桨的单旋翼、串联双旋翼、串联双旋翼、同轴双旋翼直升机等。2.根据驱动旋翼的方式不同，可分为机械驱动直升机和喷气驱动直升机。3.根据提供升力和拉力的方式不同，可分为普通直升机、有翼直升机和复合直升机等。直升机配置：直升机类型和不同总体布局方案的总称。图3-1不同类型直升机的示意图，3.1机械驱动普通类型直升机，和1。带尾桨的单旋翼直升机。特点：只有一个旋翼，尾桨用来平衡旋翼反作用力矩。优点：1 .成熟的技术；2.结构和操作简单；3.单机价格和使用成本低，缺点如下：1 .尾桨