2014-飞机总体设计-4第四讲-总体布局设计-Part1

设计思路是让机身也参与产生升力。但是如果 采用增压客舱，机身将变得非常重 对于大型运输机而言，Burnelli的应用有待深 入的研究
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4.2 飞机配平形式选择
斜翼布局
在跨音速范围内，斜机翼布局与常规固定后掠 或变后掠机翼飞机相比，有利于降低阻力。 只有一个转轴代替了常规变后掠机翼的两个转 轴。有利于降低飞机的结构重量。
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4.2 飞机配平形式选择
前翼尖端涡流布置不当，会引起机翼弯矩增加， 阻力增大，所以对于客机常常采用将前翼布置在 机翼的远前下方，减少前翼对主翼的气动影响。
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4.2 飞机配平形式选择
无尾布局
无尾布局飞机一般采用大后掠角的三角形机翼，用机翼 后缘的襟副翼作为纵向配平的操作面。 无尾飞机配平时，襟副翼的升力方向向下，引起升力损 失，同时力臂较短，效率不高。飞机起飞时，需要较大 的升力，为此必须将襟副翼向下偏，这样会引起较大的 低头力矩，为了配平低头力矩襟副翼又需上偏，造成操 纵困难，配平阻力增加。
正常式布局
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4.2 飞机配平形式选择
正常式布局
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4.2 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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4.3 隐身对布局设计的影响
5. 采取措施消除强散射源：对于进气道，采用 进气口斜切及将进气道设计成S弯形；武器 尽量内埋，取消外挂
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4.3 隐身对布局设计的影响
6. 结构细节设计，包括铆钉、台阶等的处理， 以及将口盖边缘和缝隙等设计成锯齿形状 7. 当某些部件不能采用外形隐身措施时，可以 利用吸波材料降低回波强度
结构布局 及重量
第四讲 飞机总体布局设计
4.1 飞机型式的含义与内容 4.2 飞机配平形式选择 4.3 隐身对布局设计的影响 4.4 机翼参数选择 4.5 尾翼布置及参数选择
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4.1 飞机型式的含义与内容
飞机型式没有严格的定义。
飞机型式就是飞机的总体气动布局型式。 飞机型式是指飞机部件几何外形特征及装载布置 方案的总称，如机翼、机身、尾翼及发动机、起 落架安装位置、装载布置方案等不同的组合。为 满足不同的飞机设计要求，不同的气动、重量、 刚度和使用维护等各方面的要求，这些部件有各 不相同的外形，其组合又可有不同的型式。 飞机型式是飞机各部件数目，外形和相对位置的 总称
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4.3 隐身对布局设计的影响
雷达散射截面（RCS）的定义
RCS用以度量目标在雷达波照射下所产生的 回波强度大小，用 表示，常用单位为m2或 分贝平方米dBsm RCS越大，说明反射越强，越容易被发现
目标处单位立体角内的 散射功率 4 目标处单位面积上的入 射功率 接收天线处单位面积上 的入射功率 lim 4R 2 R 目标处单位面积上的入 射功率
T9（330504） Vs. F-16（Demo）
计算软件：SEACD 入射波长： 0.03m （X波段） 计算方法：不考虑遮挡的物理光学法
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4.3 隐身对布局设计的影响
雷达散射截面和探测距离
L~4
RCS(m2)
L 10 5 1 0.1
L(km)
100 84 56 32
0.01
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4.3 隐身对布局设计的影响
雷达散射截面的实例
B-52 B-2 F-16 幻影2000 F-117 F-22 ----150平方米（头向） ----0.03平方米（头向） ----3平方米（头向） ----9平方米（头向） ----0.02平方米（头向） ----0.05平方米（头向）
序号 1 2 3 4
名 称 蓝翅蝗虫 工 蜂 绿头苍蝇 成年鸭子
正常式布局
多数飞机采用正常式布局，主要是因为正常式飞 机布局积累的知识和设计经验比较丰富。 飞机正常飞行时，保证飞机各部分的合力通过飞 机的重心，保持稳定的运动。 正常式布局的水平尾翼一般提供向下的负升力， 为了保证飞机的静稳定性 ，飞机机翼的迎角大 于尾翼的迎角。
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4.2 飞机配平形式选择
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4.2 飞机配平形式选择
因此，无尾式布局的飞机通常采用扭转机翼的办 法，保证飞机的零升力矩系数大于零，这样可以 有效的降低飞机飞行时的配平阻力。 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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4.2 飞机配平形式选择
＊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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4.2 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
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4.2 飞机配平形式选择
其它新概念布局介绍 翼身融合体（Blended Wing Body, BWB ）
机翼与机身高度融合 气动效率较高，但因其无垂尾，对操稳控制系统 的要求也较高
3.2 飞机配平形式选择
支撑机翼（ Strut-Braced Wing ）
在常规布局飞机机翼上增加一个支撑 可减小机翼弯矩，增大展弦比和升阻比，减轻重量
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4.1 飞机型式的含义与内容
飞机型式选择和飞机的设计要求之间不存 在一一对应关系
设计人员应当综合地分析问题，合理妥善地处理一系列 相互矛盾的要求，来正确选择飞机各部件的外形及相互 位置，这些部件的组合就决定了飞机型式。
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4.1 飞机型式的含义与内容
飞机型式选择的主要工作
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4.2 飞机配平形式选择
4.2 飞机配平形式选择
联翼布局
与常规布局相比较，联翼优点如下： 提高了抗弯扭强度，减轻了结构重量 提供直接升力和直接侧向力控制能力 减少了诱导阻力 减少了跨音速和超音速波阻， 可以更好的采用面积律
鲲鹏-700 （北航3305 T6）
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4.2 飞机配平形式选择
BURNELLI布局
*参考《飞行器隐身技术－雷达散射截面控制》（武哲）
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4.3 隐身对布局设计的影响
雷达散射截面的量纲
dBsm 10log(dBsm）
m
2
dBsm
30 20 10 0 -10 -20
1000 100 10 1 0.1 0.01
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4.3 隐身对布局设计的影响
雷达散射截面曲线图
一架飞机的RCS对于不同照射方向，其值不 同，通常用头向或全向的均值来衡量
飞机总体设计 第四讲
飞机总体布局设计
（第一部分）
飞机系 航空科学与工程学院
本讲内容在设计流程中的位置
总体布局设计
配平型式选择 机翼参数选择 尾翼参数选择 机舱与装载布置 推进系统设计 起落架布置 部件及分 系统设计
飞机总体布置 和几何建模
多学科设计 优化(MDO)
经济性、环 保性分析
飞机性能综 合分析评估
缺点是由于增加前翼使得飞机的总重有所增加
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4.2 飞机配平形式选择
三翼面布局
F-15E
F-15S/MTD验证机 19
4.2 飞机配平形式选择
前掠翼布局
前掠机翼具有后掠机翼的气动优点，但不存在后掠机 翼翼梢分离的缺点：在迎角增大时，机翼根部最先进 入失速。因为失速区不包围副翼，这样的失速不导致 飞机横向操纵性的丧失。这就提高了飞行的安全性， 并提高了超音速飞机的大迎角机动性能。 前掠翼布局之所以 还未被广泛应用， 是因为前掠机翼的 弯扭扩散的问题。
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
• 增加前翼可以使全机气动载荷分布更为合理，减轻机翼 上的气动载荷，有效的减轻机翼的结构重量； • 前翼和机翼的襟副翼，水平尾翼一起构成飞机的操纵控 制面，保证飞机大迎角的情况下有足够的恢复力矩，允 许有更大的重心移动的范围； • 前翼的脱体涡提供非线性升力，提高全机最大升力。
幻影III 幻影2000
阵风
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4.2 飞机配平形式选择
根据配平翼面和机翼之间的相对位置和配 平翼面的多少，通常分为以下几种型式
正常式布局：水平尾翼位于机翼之后 鸭式布局：水平尾翼位于机翼之前 无尾布局：只有一对机翼，但立尾有无不确定 三翼面布局：机翼前面有前翼，后面有平尾
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4.2 飞机配平形式选型式选择的主要内容是什么？ 2. 简述飞机鸭式、无尾式和三翼面布局的 特点。 3. 简述飞机外形隐身设计的基本原则。
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谢 谢！
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4.3 隐身对布局设计的影响
隐身技术的基本概念
隐身技术(Stealth Technology)又称为低可探测 技术(Low Observability Technology)，泛指为 了减少飞机被敌方侦察手段扑捉 、跟踪和攻击所 采用的设计技术，涉及的侦察手段包括雷达、红 外线、光电和目视等。
长度 直径 (mm) (mm) 20 4 13 6 9 3 12磅
横向 头向 RCS(dBsm) RCS(dBsm) -30 -40 -40 -45 -46 -50 -12dBsm
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4.3 隐身对布局设计的影响
外形隐身设计的基本原则