1专题设计作业BWB飞机的重新设计

专题设计作业
BWB 飞机的重新设计
Darmofal David L 教授
麻省理工学院航空航天系
2005年9月29日
提交日期
• 设计方案：11月23日（星期三，实验结束时）
• 设计报告：12月2日（星期五）上午9：00
1. 目标
本专题作业主要是重新设计满足进场着陆和巡航设计条件的BWB 飞机，并保证在巡航条件下对诱导阻力和摩擦阻力的影响最小。

2. 运行条件规范与要求
2.1 巡航
1. 巡航高度为39,000英尺。

2. 马赫数为0.85M ∞=。

3. 假设巡航重量为最大起飞重量（MTOW ），且MTOW=800,000 lbs 。

4. 5%的静态稳定裕量。

5. 巡航情况下襟副翼不偏转。

2.2 进场着陆与失速
1. 进场着陆速度定为150 knots （根据空中飞行安全来定）。

2. 如果分段max 1.2l c <，则在设计中不需配备前缘缝翼。

如果配备前缘缝翼，
需取max 1.6l c =。

注：这些限制将设定最大升力，从而决定失速速度的大小。

不
论是否配备前缘缝翼，小翼的l c 值都不能低于max l c 。

3. 出于安全性考虑，进场着陆速度定为失速速度的1.3倍。

4. 飞机满载时需配备25%的富余燃料。

假设飞机空载重量为400,000 lbs ，有效载荷为200,000 lbs ，燃料重量为200,000 lbs 。

5. 在进场着陆和失速情况下需要有5%的静态稳定裕度。

6. 襟副翼在进场着陆及失速条件需偏转，但是两种情况下的偏转量应一致。

3. 几何设计要求
为了达到运行条件的要求，允许进行大范围的几何修正。

但是在BWB 飞机重新设计的过程中需要满足如下的一些几何设计要求：
1. 襟副翼的数量可以减小，其位置和尺寸也可以变动。

但是，襟副翼的尺寸应小于15英尺或当地弦的30%中的最小值。

2. 翼展的增加量不能超过现有长度的280英尺。

3. 飞机不允许有尾翼（即必为融合翼身飞机）。

4. 在设计条件下，任何几何上的修正都必须产生光滑的几何结构。

例如，重新设计翼剖面时，翼型不能有不连续的斜率变化。

同时，沿翼展方向的弦分布、后掠角分布、几何扭转分布等必须是光滑的（即不能有突变）。

5. BWB 的中心尺寸（弦和厚度），特别是距翼根前50英尺的地方不能修改，以保证客舱尺寸不变。

4. 任务要求
注：每个任务的分数将根据具体项来给分。

4.1 设计方案（20分）
描述满足运行要求的设计方案，并给出合理的空气动力学解释。

注：方案中不需要提供量化数据，只给出整体思路即可。

比如，你可以这样来说“为了达到巡航条件下所要求的静态裕度，根据伯努利效应机翼外部的厚度对俯仰力矩具有重要影响，因此我们考虑将厚度值增加”。

相比较而言，则不需要详细地阐述为“为了达到巡航条件下所要求的静态裕度，考虑将超过100英尺展弦的翼型厚度增加10%，以期望静态裕度可增加10%”。

无可否认，以上这个方案虽然可以提供数量上的细节，但是并不好，会遭到空气动力协会组织的快速处罚。

关于如何进行静态稳定的无尾翼飞机设计，本课程网站的相关资源部分提供了专题链接。

注：设计方案（打印版）的提交日期是11月23日（星期三）实验结束后。

方案必须简明且理由充分，在合适的字体大小下不超过一页纸。

4.2 最终重新设计的BWB 几何结构
• （10分）描述在几何方面上的最终修改情况，包括BWB 重新设计后的几何参数与最初参数之间的对比，必要时可通过图形展示这些变化。

• 对于重新设计的BWB 飞机，将襟副翼的位置和大小数据制成表格，表格中包括进场着陆情况下的偏转角。

注：这些数据必须在报告中提供出来方可给分，否则将不给分数。

• 对于重新设计的BWB 飞机，A VL 软件所需的输入文件必须在报告提交日期前发送到本课程的助教邮箱。

同时，如果翼剖面也作了修改，则修改后的翼型输入文件也要一并发送。

注：这些数据必须在报告中提供出来方可给分，否则将不给分数。

4.3 巡航分析
注：在下面的分析中，选择参考面积7840ref S =ft 2和参考长度30.75ref mac c c ==ft 进行无量纲化。

• （10分）确定原始的和重新设计的BWB 中诱导阻力系数和摩擦阻力系数
之和与升力系数的比值，即()Di Df L C C +。

• （5分）对于重新设计的BWB 飞机，使用A VL 软件，确定ac mac x c 、cp mac x c 及巡航时的稳定裕度。

• （10分）对于重新设计的BWB 飞机，绘制ac mac x c 和cp mac x c 随L C 的变化曲线（L C 由0变化到巡航L C 值的两倍）。

4.4 进场着陆分析
• （5分）对于重新设计的BWB 飞机，进场着陆和失速条件，运用A VL 软件来估算ac x 、cp x 及稳定裕度。

• （5分）对于重新设计的BWB 飞机，绘制进场着陆条件下的()l c y ，()()/l mac c y c y c 及诱导攻角（即运用研究飞机结构力学的有限元法——
Trefftz ）。

• （5分）
对于重新设计的BWB 飞机，绘制失速条件下的()l c y ，()()/l mac c y c y c 及诱导攻角（即运用研究飞机结构力学的有限元法——Trefftz ）。

此外，包括对max l c 附近的结果进行加密。

例如，如果使用了前缘缝翼，需对1.4 1.8l c <<的部分进行加密。

提示：小翼的l c 值不要求在max l c 的最大限制条件下。

• （10分）绘制ac mac x c 和cp mac x c 随L C 的变化曲线，L C 由0变化到失速L C 值，要求进场着陆时马赫数不变。

4.5 对设计方案的评述（20分）
如果你所提供的设计方案可行，将不必进行此部分工作（即你将自动获得此部分的满分）。

如果你的设计方案不可行，则必须解释清楚为什么最初的论证是不正确的，方可获得此部分的满分。

此外，你还需要提供一个新的设计方案并给出合理的空气动力学解释。

注：如果提供新的方案则很难拿到此部分的满分。

5. 对书面报告的要求
• 每个组只需提供一份报告。

• 报告中应包括报告人及合作者在完成此专题作业时的明细分工。

• 报告中报告人及合作者均需签名。