飞机总体设计课程设计解析

南京航空航天大学

飞机总体设计报告——150座级客机概念设计

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设计要求

一、有效载荷

–二级布置，150座

–每人加行李总重，225 lbs

二、飞行性能指标

–巡航速度：M 0.78

–飞行高度：35000英尺

–航程：2800（nm）

–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2100（m）

–着陆场长：小于1650（m）

–进场速度：小于250 （km/h）

飞机总体布局

一、尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置

（一）平尾前、后位置与数目的三种形式

1．正常式（Conventional)

优点：技术成熟，所积累的经验和资料丰富，设计容易成功。

缺点：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

采用情况：现代民航客机均采用此布局，大部分飞机采用的位移布局形式2．鸭式（Canard）

优点：1.全机升力系数较大；2.L/D可能较大；3.不易失速

缺点：1.为保证飞机纵向稳定性，前翼迎角一般大于机翼迎角；

2.前翼应先失速，否则飞机有可能无法控制

采用情况：轻型亚音速飞机及军机采用

3．无尾式( Tailless )

优点：1.结构重量较轻：无水平尾翼的重量。

2.气动阻力较小——由于采用大后掠的三角翼，超音速的阻力更小

缺点：1. 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

2. 起飞着陆性能不容易保证

采用情况：少量军机采用

综上所述，采用正常式尾翼布局

（二）水平尾翼高低位置选择

(a) 上平尾(b) 中平尾(c) 下平尾(d) 高置平尾(e) “T”平尾

选择平尾高低位置的原则

1.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。

2.避开发动机尾喷流的不利干扰

综合考虑后，选择上平尾

（三）垂尾的位置和数目

位置

- 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：1.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。

2.可显著地降低其侧向的“雷达散射截面”

无垂尾：飞翼式布局飞机

综上所述，选择单垂尾，上平尾

二、机翼的平面形状及其在机身上的安装位置

直机翼的特点

优点：1.升力线斜率大。

2.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。

缺点：1.速度快时，机翼尾部易失速

2.临界M数小，机翼容易产生激波导致，过早出现波阻

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：1.气动方面：在大后掠角和大梯形比情况下，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。

2.对机翼结构布置及其强度、刚度和重量特性的影响不利。

三角翼的特点

优点：1.具有小展弦比和大后掠角的特点，其跨音速气动特性良好，气动焦点变化较平稳。

2.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。

3.三角翼的气动、强度、刚度和重量特性均较好。

缺点：1.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。

2.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。

后掠翼、三角翼与小展弦比机翼的比较

现代民航客机采用机翼的平面形状及其在机身上的安装位置

三、发动机（进气道）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：（a）机身尾段（b）机翼下部（c）机翼或尾翼根部（d）短舱翼吊与尾吊布局比较

进气道布局

头部进气道：1.布置紧凑，机身截面小，进口气流均匀，机炮对进气影响小；

2.机头不能装雷达天线或仅装小的雷达天线。

两侧进气道：进气道短，内管损失小，机头便于装雷达天线，结构较复杂。

短舱式：1.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；

2.但要增加额外的阻力。

腹部进气道：大仰角进气的性能好，有利于提稿飞机的机动性能。

背部进气道：可利用机身或机翼遮挡进气道，有利于提高隐身性能。

对比后选择，在机翼上吊装两台涡轮风扇发动机

四、起落架的型式和收放位置

后三点

优点：1.尾轮小而轻，设计简单；

2.可以利用气动阻力提供减速力。

缺点：1.着陆时操纵困难；

2.起飞和着陆滑跑时不稳定；

3.后三点起落架不能用于喷气式飞机。

前三点

优点：1.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。

2.具有起飞着陆时滑跑的稳定性。

3.飞行员座舱视界的要求较容易满足。

4.可使用较强烈的刹车，缩短滑跑距离。

缺点：前轮可能出现前轮“摆振”现象

对比后选择：前三点式起落架，安装在机翼上，收起放在机身舱