1飞机总体设计
1飞机总体设计
•推动力： •外界政治经济环境的变化 •CAD／CAE／CAM、CIMS等技术的迅速发展
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1.5 现代设计技术简介
数字样机
计算流体力学 （CFD）
虚拟风洞实验
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1.5 现代设计技术简介
几种典型的软件
AAA 美国DAR公司 （J. Roskam） RDS 美国Conceptual Research公司 （D .P. Raymer）
论证阶段 方案阶段 工程研制 阶段 设计定型 阶段 生产定型 阶段 进一步 改进
飞机设计
对于设计阶段的划分和各阶段应完成的任务， 没有完全统一的表述形式
7
1.2 什么是飞机总体设计？
飞机设计的三阶段划分方式
设计要求
概念设计
（Conceptual Design）
初步设计
（Preliminary Design）
飞机 总体 设计
飞机 结构 设计
初步设计 详细设计
制 造
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1.3 总体设计的重要性
“管中窥豹” — 机翼前梁在设计过程中的演变
概念设计 仅仅是一个从翼根到 翼梢的平面！
初步设计 表示出梁的截面变化
“简单任务”？
详细设计 专注于每一个细节 尺寸与参数
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1.3 总体设计的重要性
“管中窥豹” — 机翼前梁在设计过程中的演变
飞机总体设计基础 大作业
2016.11.30
1. 飞行器设计涉及的学科有哪些？
飞行器是由多个子系统组成的复杂大系统，从全局的观点来考虑飞行器的设计问题，它覆盖了诸多学科，是多个学科领域高新技术的高效整合体。所涉及到的学科主要包括四大块：气动、结构、推进、控制。其中每一个大的学科又分为多个子学科。
气动设计：空气动力学、
力学学科：结构力学，空气动力学，材料力学，热力学
电磁学：航电系统
工业设计：
管理学
2. 多目标优化方法有哪些？并说明。
3. 飞行器总体设计中多学科设计优化的应用，举例说明。
首先阐述飞行器总体设计中多学科设计优化的概念。
飞行器总体设计涵盖了多个学科专业，包含大量的设计变量、状态变量、约束方程以及学科专业之间的相互影响，是一个典型的复杂系统。复杂系统设计面临模型、信息交换、计算和组织复杂性等很多困难，因此必须利用各学科专门的技术手段来设计。优化设计理论与这些专门技术的结合就构成了多学科设计优化的主要内容。
查文献：《飞行器总体不确定性多学科设计优化研究》国防科学技术大学姚雯导师：陈小前
飞机总体设计PPT课件
机身结构设计
机身类型
包括圆截面机身、椭圆截面机身等，不同类型机身具有不同的空间利用率和气动 特性。
机身结构
由长桁、框、隔板和蒙皮等组成，承受飞行时的气动载荷、机动载荷和内部设备 载荷。
起落架结构设计
起落架类型
包括前三点式起落架和后三点式起落架，不同类型起落架具 有不同的稳定性和操纵性。
起落架结构
燃油系统关键技术
燃油系统发展趋势
包括燃油喷射技术、燃油蒸发控制技术、 燃油泄漏检测技术等。
高效化、环保化、智能化等。
06
飞机总体设计的优化与验证
优化方法与技术应用
01
数学优化方法
运用数学规划、多目标优化等方 法，对飞机总体设计方案进行寻 优，提高设计效率和质量。
02
启发式优化算法
03
代理模型技术
采用遗传算法、模拟退火等启发 式算法，处理飞机设计中的复杂 问题，寻求全局最优解。
利用代理模型对飞机性能进行快 速评估，减少计算量，提高优化 效率。
多学科优化方法探讨
多学科设计优化（MDO）
综合考虑气动、结构、控制等多学科因素，实 现飞机总体设计的协同优化。
分解协调方法
将复杂问题分解为若干子问题，分别进行优化 后再进行协调，降低问题求解难度。
液压系统设计
液压系统组成
包括液压泵、液压马达、液压缸、控 制阀等。
《飞机总体设计》电子教案2009最新版-南航-余雄庆-620页-单个PDF
2000.
7.
Torenbeek， Synthesis of Subsonic Airplane Design，Delft University Press, 1982.
8. 余雄庆，徐惠民，昂海松，飞机总体设计，航空工业出版社，2000年。
9. 顾诵芬、解思适等编，飞机总体设计，北京航空航天大学出版社，2001年。
什么是工程设计
• Engineering design is the translation of some set of functional and aesthetic desires into instructions that could be used to construct an object that satisfies these desires.
Integrated Multidisciplinary analysis and optimization
…… aerodynamics
structure performance
conceptual
preliminary
detail
飞机总体设计的重要性
总体设计影响全寿命周期成本的85％！
影 100
• Design in the material world is the process by which ideas, tastes, prejudices, scientific principles and available resources are weighted and combined into a well-defined plan for the eventual construction of an object or system.
飞机总体设计课程设计汇总
飞机总体设计实践中的注意事项和难点
安全性：确保飞机设计符合安全标准，避 免出现安全隐患
创新性：在飞机设计中融入创新元素，提 高飞机的竞争力和吸引力
性能优化：在满足安全性的前提下，优化 飞机性能，提高飞行效率
环保性：考虑飞机的环保性能，减少对环 境的影响，提高飞机的环保性
成本控制：在保证飞机性能和安全性的前 提下，控制成本，降低生产成本
飞机总体设计需要不断适应新技术和新材料的发展，如复合材料、增材制 造等，以提高飞机的性能和降低成本。
飞机总体设计需要关注环保和可持续发展，如降低油耗、减少排放等，以 符合全球航空工业的发展趋势。
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汇报人：
案例二：某型军用运输机总体设计
设计背景：某国空军需要一款新型军用运输机
设计目标：满足运输任务需求，提高运输效率
设计过程：包括需求分析、方案设计、详细设计、试验验证等 设计成果：某型军用运输机总体设计方案，包括气动布局、结构设计、系 统配置等
案例三：某型公务机总体设计
设计目标：满足公务机市场需求，提高舒适性和效率 设计特点：采用先进气动布局，提高飞行性能 设计难点：优化结构设计，降低重量和成本 设计成果：成功完成设计，获得市场认可
安全性：飞机设计将更加注重安全性，通过采用先进的安全技术和设备提 高飞机的安全性。
舒适性：飞机设计将更加注重舒适性，通过采用先进的设计和技术提高乘 客的乘坐体验。
第三章 飞机总体参数详细设计
第三章飞机总体参数详细设计（部件设计）
3.1 设计的任务和步骤
3.1.1 飞机总体参数详细设计的最优化准则
本章将说明飞机各个部件，比如机翼、机身、尾翼、动力装置、操纵系统和起落架装置的总体设计特点。设计的主要任务是保证飞机总体参数的最优化。由复杂系统的设计理论可知，在一般情况下，由局部最优的子系统组成的系统并不是最优的，然而局部的最优化还是有意义的。第一，如果各个部件的参数不是互为函数，那么，部件的最优化与整个系统的最优化是一致的；第二，在一些情况下，总体的最优化是不可能或者是很困难的，由于它的数学模型太复杂，或者是不确定的。那么，系统就只好按各部件最优化，希望结果距离总体最优不远；第三，如果对部件和对系统总体的最优化准则是统一的，或者部件的准则是总体最优化准则的一部分，而这一部分能很好地反应部件的独立参数的变化，则部件最优化也是有意义的。
例如，对于整个飞机的最优化准则是使飞机起飞总重量最小。对于飞机各部件，例如机翼，最优化准则也可以是以下形式的准则:
其中mwing－机翼重量；
(L/D)wing－机翼升阻比；
S－机翼面积；
－分布在机翼内的燃油重量。
A、B、C 和D 是根据所设计飞机而异的系数，它们反映了飞机的战术技术要求和使用技术要求（航程、巡航速度、着陆时的下滑速度、有效载重和装备的多少等）。
这样的评价单独飞机部件最优化的准则形式简单，不要求有整个飞机的优化数学模型，也不要求采用考虑这个部件内部各参量更复杂的数学模型，只需考虑决定它的外部形状的参数变化。准则的内容应指明为完善这一部件，今后的工作的合理方向，也允许对各部件之间的相互影响进行估算。
飞行器总体设计
飞行器总体设计
飞行器的总体设计可以包括以下几个方面：
1. 机身结构：飞行器的机身结构是其最基本的组成部分，
通常由机翼、机身和尾翼组成。机翼负责提供升力，机身
承载载荷和提供尺寸和形状以容纳机载设备和乘客，尾翼
用于控制飞行器的稳定和机动性。
2. 动力系统：飞行器的动力系统可以是内燃机、电池、太
阳能电池板等多种形式。动力系统的选择应根据飞行器的
尺寸、用途和性能需求等因素进行考虑。
3. 控制系统：飞行器的控制系统包括飞行操纵系统和导航
系统。飞行操纵系统用于操作飞行器的姿态和运动，导航
系统用于确定飞行器的位置和航向，并提供导航指引。
4. 通信系统：飞行器可能需要与地面控制中心或其他飞行
器进行无线通信，因此通信系统应具备可靠的通信能力。
5. 安全系统：飞行器的安全系统包括避撞系统、防火系统、紧急降落系统等，以确保飞行器在遇到紧急情况时能够及
时采取相应措施保障安全。
6. 载荷和乘员安排：根据飞行器的用途，需要考虑合适的载荷和乘员安排，以满足任务需求，并确保舒适和安全。
7. 结构材料和制造工艺：飞行器的结构材料和制造工艺影响其重量、强度和寿命等性能指标，需要根据需求选择合适的材料和工艺。
总体设计还需考虑飞行器的性能、稳定性、操纵性、经济性和环保性等方面的要求，以及适用的法规和标准。
超轻型飞机总体设计
飞机构造学结课大作业
——超轻型飞机结构总体设计
目录
一．超轻型飞机总体外形设计
二. 机翼结构设计
三. 起落架的构造设计
四．机身构造的设计
五. 尾翼构造设计
六．连接设计
七．心得与体会
八．参考文献
一．超轻型飞机总体外形设计
飞机主机翼采用上单翼布局，垂尾平尾正常式布局，采用对称翼型。飞机尾部下方设置尾鳍，飞机采用前三点不可收放式起落架，机轮上设置整流罩减阻，机翼中部和机身底部之间设置有斜拉杆。
二.机翼结构设计
1.机翼的选择
采用矩形机翼，因为矩形机构简单，结构重量轻，超轻型飞机一般飞行速度都很低采用平直翼以获得更大的升力，矩形机翼当一处失速时，其它位置仍可以产生升力。上单翼使飞机的横向稳定性增大，机翼离地面距离大，减小在颠簸跑道上起降时杂草划伤机翼表面和翼尖擦地等情况的发生。机翼外形对于飞机的气动性能和结构性能有重要的影响，因此选择合理的机翼平面形状是非常重要的。该轻型飞机的机翼剖面形状是平凸翼型，结构简单，便与生产，而且气动特性比较好。机翼翼尖有一定的后掠，能增加横向安定性。
1).翼梁
翼梁是飞机中的主要受力构件,它承受机翼的剪力和弯矩.翼梁主要由上下缘条和腹板组成,缘条承受由弯矩而产生的拉,压轴向力;腹板承受剪切力.本机型采用的翼梁构造形式是工字形,沿长度方向采用等强度设计.腹板式翼梁的优点是在相同的高度和同等的重量的情况下,带有立柱加强而腹板上无任何开孔,其强度最大.这种结构的翼梁制造工艺简单,成本低.适用于轻型飞机的设计与制造.
2).纵墙
它是一根缘条很弱或无缘条的腹板式翼梁.位于机翼后缘的纵墙可用来连接副翼和襟翼.它不能承受弯矩,主要用来承受剪力,并与蒙皮构成闭室结构承受机翼扭矩.
飞机总体设计1
第一章 绪 论
飞机设计是一门应用科学，实践性强、其理论基础广泛，它来源于实践，是几十年飞机型号设计工作实践经验的科学总结。在逐渐发展成独立的学科以后，它反过来又用于指导飞机设计的实践。飞机设计学科也是各项先进的航空科学技术综合应用的结果，其内容涉及空气动力学、飞机结构与强度、航空发动机、航空材料、航空电子技术、自动控制及制造工艺等多种学科和专业技术领域。离开各项先进的航空科学技术，没有坚实的理论基础，飞机设计学科就不可能得到进步和发展。飞机总体设计课程是飞机设计学科的重要组成部分。
§1.1 飞机设计工作的一般过程
在航空科学高度发达的今天，设计一种新型的飞机，从设计方案的提出到试制生产和投入使用，一般都要经过几年，有时甚至是十几年的时间，这是一个很复杂的过程。简单地归纳起来，飞机设计的过程一般如图1.1所示。
图1.1 飞机的一般设计过程
按设计内容的粗细程度和大致的先后次序，飞机设计可以划分为3个有内在联系的不同阶段：
1．概念性设计（Conceptural Design）；
2．初步设计（Preliminary Design）；
3．详细设计（Detail Design）。
在飞机开始进行设计之前，首先由使用部门提出或由使用部门与设计部门共同拟定设计要求，在概念性设计阶段要对飞机的设计要求进行充分分析、研究和论证，有的文献把这阶
段工作称为“外部设计”。
概念性设计阶段的任务是根据飞机的设计要求，对所要设计的飞机进行全面的构思，形成飞机设计方案的基本概念，并草拟一个或几个能满足设计要求的初步设计方案。主要内容包括：初步选定飞机的型式和气动外形布局；初步选择飞机的主要参数；选定发动机和主要的机载设备；初步选择各部件的主要几何参数；绘制飞机的三面草图；初步考虑飞机的总体布置方案并初步估算性能，检查是否符合飞机设计要求给定的性能指标，然后修改整理所拟定的初步方案，组织专门的评比和论证，选定最合理的方案，经主管部门批准后，进行下一阶段的设计工作。
飞机总体设计
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3.2 飞机配平形式选择
正常式布局
12
3.2 飞机配平形式选择
正常式布局
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3.2 飞机配平形式选择
鸭式布局
鸭式布局是飞机最早采用的布局型式，莱特兄弟 设计的飞机就是鸭式布局，但是由于鸭翼提供的 不稳定的俯仰力矩造成鸭式飞机发展缓慢。 随着主动控制技术的发展，鸭式布局技术日趋成 熟，鸭式飞机在中、大迎角飞行时，如果采用近 距耦合鸭翼型式＊，前翼和机翼前缘同时产生脱 体涡，两者相互干扰，使涡系更稳定，产生很高 的涡升力。
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3.2 飞机配平形式选择
无尾式布局同正常式布局飞机相比有如下的优点 • 飞机结构重量轻 • 隐身特性好 • 气动阻力较小 • 超音速阻力更小
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3.2 飞机配平形式选择
三翼面布局
在正常式布局的基础上增加了水平前翼构成的， 它综合了正常式布局和鸭式布局的优点，有望得 到更好的气动特性，特别是操纵和配平特性
＊近距与远距鸭翼的更多介绍 －方宝瑞，《飞机气动布局设计》
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3.2 飞机配平形式选择
鸭式布局的难点是鸭翼位置的选择和大迎角时 俯仰力矩上仰的问题。由于鸭翼位于飞机的重 心之前，俯仰力矩在大迎角的情况下提供较大 的抬头力矩（上仰力矩），不能够稳定的飞行， 因此必须提供足够的低头力矩来平衡之
• 在后机身加边条（X-29） • 限制放宽静稳定余度 • 采用发动机推力矢量技术等
《飞机总体设计》电子教案2009最新版-南航-余雄庆-620页-单个PDF
化、结构优化、多学科设 • 全尺寸样机
计优化软件
• 风洞实验
• 工程样机
- 各种机载设备、各系统、
载荷和结构承力系统
• 方案的进一步评估
详细设计
输入
• 初步设计结果 ¾ 飞机外形数模； ¾ 总体布置（数字样机；全尺寸样机）
目标
• 完成可用于制造加工的细节设计图和技 术文件。
工作内容
• 部件设计和零构件设计 • 各系统的设计
飞机设计的基本要求
• 飞机的类型和基本任务
– 类型
• 军用机：战斗机，轰炸机，……. • 民用飞机：客机，货机，公务机，……
– 基本任务
• 飞行任务剖面图
• 有效载荷
– 民用飞机：旅客数；行李重量 ；货物重量 – 军用飞机：空勤人员；武器弹药；装备
飞机设计的基本要求
民机典型飞行剖面图
飞机设计的基本要求
关于性能指标
• 航程
– 航程对飞机重量的确定有很大影响 – 列出覆盖机场的距离，在此基础上确定航程。
反复迭代，多轮逼近
修改方案
设计要求 设计方案 计算和试验
评估
否
是否满足要求？
是否最优？
多学科综合
空气动力学
结构力学
飞行力学
航空发动机
飞机设计
……
工程材料学
自动控制
飞行器总体设计报告(1)
大型固定翼客机分析报告
2014-4-28
学院：计算机科学与工程学院
学号：201322060608
姓名：马丽
学号：201322060629
姓名：潘宗奎
目录
总结----马丽、潘宗奎............................................................ I 1 大型固定翼客机总体设计.................................................... - 1 -
1.1 客机参数............................................................ - 1 -
1.2 飞机的总体布局...................................................... - 1 -
1.2.1 飞机构型....................................................... - 1 -
1.2.2 三面图......................................................... - 2 -
1.2.3 客舱布置....................................................... - 2 -
2 客机的重量设计............................................................ - 4 -
飞机总体设计.
飞机总体设计
飞机设计研究所 航空科学与工程学院
复习题
1. 飞机设计的三个主要阶段是什么？各有些什么 主要任务？ 2. 飞机总体设计有什么特点？
3. 高效的团队和低效的团队各百度文库什么表现？
4. Boeing的团队协作戒律有哪些？
注意：如果你找到了不同的答案，注明来源（参考文献）
2
《飞机总体设计》电子教案2009最新版-南航-余雄庆-620页-单个PDF
Integrated Multidisciplinary analysis and optimization
…… aerodynamics
structure performance
conceptual
preliminary
detail
飞机总体设计的重要性
总体设计影响全寿命周期成本的85％！
影 100
3.
J. Roskam, Airplane Design, Part Ⅰ- Part Ⅷ, Roskam Aviation and Engineering Corporation, Ottawa,
Kansas,1985
4.
D. Howe, Aircraft Conceptual Design Synthesis, Professional Engineering Publishing Limited, London,
95％
响
85％
寿
命 80 周
65％
期
成 60
本
的 程 40
度
20
0
概念设计 初步设计
详细设计
制造/采购
全寿命周期
使用维护 报废
概念设计流程
设计
全全机机布布局局设设计计
机机身身外外形形初初步步设设计计
发发
动动
分分
飞机总体布局设计
9
航空宇航学院
鸭式布局 单击此处编辑母版标题样式
• 全机升力系数较大； • 单击此处编辑母版文本样式 • L/D可能较大； – 第二级 • 第三级 • 为保证飞机纵向稳定性，前翼迎角一般大于机翼迎角；
– 第四级 • 前翼应先失速，否则飞机有可能无法控制。 » 第五级
10
航空宇航学院
鸭式布局 单击此处编辑母版标题样式
• 第三级
1 – 第四级 » 第五级 1 3** 1 1
• • 第三级 置，有可能满足大迎角时纵向稳定性的要求。 – 第四级 避开发动机尾喷流的不利干扰 » 第五级
平尾安装在机身上对减轻结构重量有利
• 有利于结构布置
考虑角度 结构重量
上平尾 轻
中平尾 较轻
下平尾 轻
“T” 平尾 重
高置平尾 较重
19
航空宇航学院
不同平尾高低位置的实例 单击此处编辑母版标题样式
轰六
27
航空宇航学院
后掠翼的广泛应用（2） 单击此处编辑母版标题样式
• 单击此处编辑母版文本样式
– 第二级 对于超音速飞机，后 掠翼可以改善其跨音 – 第四级 速的气动特性。 » 第五级
• 第三级 F-86
F-14
28
航空宇航学院
三角翼的特点 单击此处编辑母版标题样式
• 优点
• 单击此处编辑母版文本样式
飞机总体参数详细设计
2、纵向静稳定性估算（纵向X-图法）：
（1） Xc.g. 代表当平尾(鸭翼)改变位置时，重心c.g相对机翼平均气动 力弦前后移动的距离。
（2） Xa.c. 代表当尾(鸭翼)改变位置时，焦点a.c. 相对机翼平均气动 力弦前后移动的距离。
3、航向静稳定性估算（航向X-图法）：
3.4.2 尾翼外形的选择 3.4.3 操纵面外形及参数的选择
3.2.5 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（CLα值的确定） 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
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，以CLmax的大小来评定，它决定于翼型沿翼展 的分布，机翼的扭转和平面形状，也就是决定于它的气动布局型式。 机翼的气动布局应该考虑到机翼的流场特点。对于后掠机翼特点有：
机翼的纵向力矩系数Cm取决于机翼的气动布局和飞行状态（CL和Ma数）。
在第一次近似中，Cm=Cm0+CmCLCL，其中零力矩Cm0取决于机翼的气 动扭转和几何扭转，也和飞行Ma数有关。机翼的纵向静稳定性CmCL=xcgxac，除了xcg以外还取决于机翼焦点位置xac，后者取决于机翼平面形状和 Ma数。
3.5 推进系统的选择与设计
3.5.1 推进系统概述 所有飞机推进装置形式都是靠向后推动空气（或