飞机总体设计
飞机总体设计FuDan_SG
2.1 飞机的设计要求
设计要求的提出—民用飞机 民用飞机很难说有什么“固定客户”，因 此要发展什么样的飞机，一般由飞机公司 提出初步设想，经过与可能用户的商讨， 再制定设计要求 设计要求也需要有正确的预见性，因此必 须必须进行长期的市场调查和详细的分析 研究
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2.1 飞机的设计要求
任务剖面
试制原型机 设计定型阶段 —进行定型试飞 生产定型阶段－少量改进，小批量生产
4
1.2 什么是飞机总体设计？
飞机设计的范围
—主要涉及论证、方案和工程研制阶段
飞机设计的三阶段划分方式
见下页
5
1.2 什么是飞机总体设计？
设计要求
概念设计
（Conceptual Design）
初步设计
（Preliminary Design）
目标：完成可实现加工的细节设计。
15
详细设计
工作内容
1. 部件设计和零构件设计 2. 各系统的设计
液压系统 环控系统 起落架系统…… 3. 详细的重量重心计算 4. 强度计算报告 5. 静强度、动强度和寿命试验 6. 系统的地面台架试验 7. 工装设计
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详细设计
方法与手段
1. CAD 2. CAM（FEM） 3. 结构优化设计 4. 系统可靠性设计 5. 试验
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课程评分内容与方法
设计报告 笔试 得分：
50% 50% 设计报告 + 笔试成绩
设计报告评分标准： 1）正确性和合理性 2）清晰性
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设计报告内容
设计要求拟定 飞机布局型式的确定 飞机主要参数计算 部件外形设计 飞机总体布置 重量重心计算 气动特性分析 飞行性能分析计算 三面图 总结
2飞行器总体设计-第2章1
2.3 初步重量估计
空机重量估计
对不同类型的飞机，可以统计出一定的趋势
15
2.3 初步重量估计
空机重量估计
We /W0 =AW0C K
vs
A 0.96 1.59 2.34 0.93
{A-公制} C {0.92} {1.47} {2.11} {0.88} -0.05 -0.10 -0.13 -0.07
Wf W0
)W0 (
We )W0 W0
W0估计值
We )W0 Wcrew W payload We/W0方程 W0
W0方程
Wcrew W payload 1 (W f / W0 ) (We / W0 )
迭代计算W0 &Wfuel
任务段中不得进行有效载荷的投放 迭代通常只须几次就可以收敛
40
2.7 飞机气动布局的选择
2.7.1 正常式布局
J8
波音787
41
2.7 飞机气动布局的选择
2.7.2 鸭式布局
随着主动控制技术的发展，电传操纵技术的成熟，把前翼设 计得比较大（相对面积8％～15％）并靠近机翼构成所谓近耦合 鸭式布局已成为现实。
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2.4 权衡研究（Trade Studies）
方案研究中的一个重要环节是与用户一道 评审和仔细分析设计要求 通过对要求中的项目进行变化，可以分析 出该项目对起飞总重的影响，进而更合理 地确定要求的取值 还可以反映出新技术（如采用某种复合材 料）对设计的影响
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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2.4 权衡研究（Trade Studies）
对各专业基本知识的全面了解 ＋创新的思想 ＋美学观点
概念构思的体现 — 概念草图
飞机总体设计分析与评估
飞机总体设计分析与评估本文将对飞机总体设计进行分析与评估，以便增进对飞机设计的理解和能力，提高飞机设计的质量。
飞机总体设计考虑的因素众多，要将这些因素协调一致，确保飞机的安全性、可靠性和效率性，是一个复杂而艰巨的任务。
一、概述飞机总体设计是一个综合性的工作。
包括气动特性、结构特性、动力特性、控制特性等多方面因素，需要考虑到现代科技的发展和运用，也要考虑到经济利益的平衡等，才能取得最佳的设计效果。
一般来说，飞机总体设计的目标是要实现飞行的效率性、舒适性、安全性、可靠性、维护性以及经济性等因素的协调。
二、气动特性气动特性是飞机设计中最关键的因素之一。
对于一个成功的设计来说，其空气动力学特性必须满足以下几个要点。
1.飞机的描绘形状需要尽量确认，以改进气动特性。
飞机描绘形状的优化可以改进飞机气动特性，提高飞机的飞行效率和空气动力学稳定性。
2.飞机的机翼布局也是影响飞机气动特性的重要因素。
机翼的主翼面积和展弦比等参数也要充分考虑，以改进飞机的升力和阻力，确定机翼的展布方案和控制面的设置，提高飞机气动效率。
3.飞机的尾部设计也是影响飞机气动特性的一个重要因素。
尾部形状的优化可以改进飞机气动稳定性，降低飞机的纵向动力过大、不稳定、失速等问题。
三、结构特性飞机结构的设计决定了飞机的强度、刚度、稳定性和重量分布等。
飞机在设计上要充分满足飞行速度、载荷、跨度、展弦比等要求，同时要考虑到经济效益。
飞机结构一般包括机身、机翼、机尾、机腹等部分。
1.飞机机身的结构设计主要满足飞行速度和载荷要求，同时要兼顾机身结构的刚度和强度问题。
为了降低飞机重量，飞机机身材质和结构设计方案也需要充分优化。
2.飞机机翼在结构设计时需要充分考虑机翼的强度、刚度和稳定性，以保障飞机的飞行安全。
同时还需要兼顾飞机的飞行效率，优化机翼结构设计，降低飞机重量。
3.飞机机尾和机腹在结构设计时，需要考虑到安全和负荷分担的问题。
这两个部件在平衡整个飞机结构方面起着重要作用，因此需要充分考虑飞机的稳定性、刚度和安全相关因素。
飞机总体设计PPT课件
经济性能设计
燃油经济性
在保证飞行性能的前提下，通过 优化飞机气动外形、减轻结构重 量、提高发动机效率等措施，降 低飞机的燃油消耗率。
维护经济性
通过采用先进的维护理念和技术 手段，降低飞机的维护成本和停 场时间，提高飞机的出勤率和利 用率。
直接运营成本
包括燃油费、维护费、机组人员 工资等直接与飞机运营相关的成 本。设计中需要考虑如何降低这 些成本以提高飞机的经济性能。
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。
06
确保飞机满足适航法规和标准的要求，包括噪声、排放等 环保指标。
02
飞机总体布局设计
布局形式的选择与特点
常规布局
水平尾翼和垂直尾翼都 放在机翼后面的飞机尾
部。
鸭式布局
水平尾翼位于机翼的前 面，具有较好的大迎角
特性。
无尾布局
没有水平尾翼，靠机翼 后缘襟翼或扰流片等部
件实现俯仰操纵。
三翼面布局
在常规布局上增加一对 鸭翼。
垂直尾翼
主要功能是保持飞机的方 向平衡和操纵飞机的方向 运动。
V型尾翼
由左右两个倾斜的垂直尾 翼组成，像是固定在机身 尾部带大上反角的平尾。
起落架布局设计
前三点式起落架
自行车式起落架
两个主轮对称地布置在飞机重心之后， 前轮位于机身前部。
飞机总体设计
13
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
典型的剖面
其他剖面 —适合于无法采用圆形或多圆剖面的情况，如机 身剖面尺寸较小时，为了满足使用要求而必须采 用其他类型的剖面
5.1 机身初始几何参数估计 5.2 民机客舱设计与布置 5.3 民机货舱布置 5.4 民机驾驶舱布置 5.5 作战飞机座舱布置 5.6 武器装载布置
2
本讲主要参考书目
顾诵芬, 解思适. 飞机总体设计. 北京航空航天大学出版社，2001.
Raymer, D. P. Aircraft Design: A Conceptual Approach, 3rd, 1999. （89年版的中译本：《现代飞机设计》,1992） 詹金森, L. R., 辛普金, P., 罗兹 D. （著）, 中国航 空研究院（译）. 民用喷气飞机设计. 2001 《飞机设计手册》总编委会. 飞机设计手册第7卷： 民机构型初步设计与推进系统一体化设计.2000
FAR-25对视界的要求 －A310
美国机动车工程师协会（SAE）推荐 的视界图（AS580B） －A320、Boeing767
32
5.4 民机驾驶舱布置 驾驶舱的尺寸与布置
33
5.4 民机驾驶舱布置
驾驶舱的尺寸与布置
A380座舱模型
34
5.5 作战飞机座舱布置
座舱视界要求
座舱视界关系着飞机的作战效能和安全 与飞机机头及两侧的外形、座舱盖形状、尺寸和 结构及翼面布置等因素有关
战斗机座舱在机身上的纵向定位主要取决于 下列几种因素
• • • • • 视界要求 座舱空间要求 气动外形要求 设备舱布置 人员及其他要求
飞机构型设计---总体
上单翼 （运输机）
C-130
安-25
运-8
安-72
为什么大多数军用运输机采用上单翼？
为了满足使用要求！ - 机身地板离地面尽量近
3.发动机数目和安装位置
• 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：机身尾段
实例：无尾式布局
正常式和无尾式飞机的零升阻力
幻影2000
尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置 (续)
• 平尾高、底位置
- 上平尾 - 中平尾 - 下平尾 - “T” 平尾 - 高置平尾
选择平尾高低位置的原则
• 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。
起飞和着陆滑跑时不稳定
前三点
• 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。
• 具有起飞着陆时滑跑的稳定性。 • 飞行员座舱视界的要求较容易满足。 • 可使用较强烈的刹车，缩短滑跑距离。 • 缺点是前轮可能出现前轮“摆振” 现象。
自行车式
• 起落架可收入机身里，布置起落架舱比 较容易。
- 噪声小 - 稳定性好 4）起落架：前三点型式，安装在机身上
三面图（草图）
为什么要采用“T” 平尾
• 优点：
✓ 避免机翼下洗气流和螺旋浆 滑流的影响：1）减小尾翼振 动；2）减小尾翼结构疲劳； 3）避免发动机功率突然增加 或减小引起的驾驶杆力变化
✓ 利用端板效应，气动效率增 加，垂尾的面积可适当减小
机翼下部 机翼或尾翼根部 短舱
• 进气道布局
头部进气道：布置紧凑，机身截面小，进口气 流均匀， 机炮对进气影响小；不能装或仅装小雷达天线。
606所航机总体设计二部
606所航机总体设计二部
606所航机总体设计二部负责航空器的总体设计工作。
进行飞机总体设计：606所航机总体设计二部负责制定飞机的整体设计方案，包括飞机的外形、气动布局、结构布局等。
他们根据航空器的性能需求、空气动力学要求、结构强度要求等因素进行全面考虑，确保飞机具备良好的飞行性能和结构强度。
确定飞机布局：该部门负责确定飞机的布局，包括机翼位置、垂尾位置、引擎安装位置等。
他们考虑飞机的平衡性、稳定性以及空气动力学效应，以确保飞机在各种飞行条件下具备稳定的操纵性和飞行性能。
评估飞机性能：在设计过程中，606所航机总体设计二部负责评估飞机的性能。
他们使用数值模拟和计算工具来预测飞机的飞行性能、爬升性能、巡航性能等，以确保飞机满足设计要求和性能指标。
协调与其他部门的合作：在整个设计过程中，606所航机总体设计二部与其他部门密切合作，包括结构设计部门、系统设计部门、电气设计部门等。
他们确保各个设计方案的协调一致，并解决设计过程中的问题和冲突。
进行风洞试验和模型测试：该部门负责组织风洞试验和模型测试，以验证设计方案的正确性和可行性。
他们分析试验数据，评估飞机的气动特性和飞行稳定性，以优化设计方案。
与客户进行技术交流：606所航机总体设计二部与客户进行技术交流，了解客户的需求和要求，并将其融入到设计方案中。
他们与客
户密切合作，确保设计方案符合客户的期望和标准。
编制设计文档和报告：在设计完成后，606所航机总体设计二部编制设计文档和报告，详细描述飞机的总体设计方案、性能评估结果以及各项技术指标。
飞机总体设计的主要内容
飞机总体设计的主要内容
飞机总体设计主要包括3各⽅⾯：⽅案设计、总体参数详细设计、决策和优化。
⽅案设计
⽅案设计的输⼊在飞机设计的前两个阶段（⽬标确定和概念设计）中确定，并在⽅案设计任务书中给出，⼀般包括：
（1）装载和装载类型
（2）航程或待机要求
（3）起飞着陆场长
（4）爬升要求
（5）机动要求
（6）鉴定基准（例如：试验、航标或军⽤标准）
⽅案设计的主要任务是确定下列主要总体参数：
（1）起飞总重：飞机为了完成设计⽬标任务所需的起飞前总重量。
（2）最⼤升⼒系数：在飞⾏器的仿真计算中，升⼒求解的⼀般表达式是 Y=Cx*q*S，其中q为动压，S为参考⾯积，Cx即为升⼒系数。
（3）零升阻⼒系数
（4）推重⽐
（5）翼载
对应的，⽅案设计的内容可分为
（1）重量估算：计算起飞总重、空机重量、载重、油重等参数
（2）升阻特性估算：计算升⼒系数、阻⼒系数
（3）确定推重⽐和翼载：
（4）总体布局形式选择。
飞机总体设计课程设计汇总
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：
05
飞机总体设计课程设计的展望和发展趋势
飞机总体设计课程设计的未来发展方向
数字化设计：利用计算机辅助设计（CAD）、虚拟现实（VR）等技术 进行飞机设计
绿色环保：注重飞机的环保性能，如降低油耗、减少排放等
智能化设计：利用人工智能（AI）、大数据等技术进行飞机设计，提高 设计效率和质量
复合材料应用：采用复合材料制造飞机，提高飞机性能和寿命
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
课程设计的评价Biblioteka 准和方法评价标准：包括设 计质量、创新性、 实用性等方面
评价方法：采用专 家评审、同行评审、 学生自评等方式
评价内容：包括设 计方案、设计报告、 设计演示等方面
评价结果：给出综 合评价结果，包括 优秀、良好、合格、 不合格等等级
03
飞机总体设计课程设计实践
飞机总体设计的基本原则和方法
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飞机总体设计课程设计汇
总
汇报人：
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。
(完整word版)飞机总体课程设计-110座支线飞机
飞机总体设计报告（110座级支线客机概念设计）学院：航空宇航学院一、设计要求：1.有效载荷–全经济舱布置110人（每人重75kg ） –每人行李总重：20kg2.飞行性能指标–巡航速度：M 0.78–飞行高度：35000英尺－39000英尺–航程：2300（km ），45分钟待机，5％燃油备份–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1700（m ） –着陆场长：小于1550（m ） –进场速度：小于220 （km/h ）二、飞机构型的确定1.设计要求相近的飞机资料2.飞机布局形式参考机型：庞巴迪航宇集团CRJ-900 中国商用飞机有限公司ARJ21 英国航宇公司BAe146加加林航空制造集团SSJ-100 1）尾翼（正常式“T ”型单垂尾） 避免发动机尾喷流达到平尾上。
避免机翼下洗气流的影响 “失速”警告（安全因素）飞机型号有效载荷（t ） 起飞重量(kg) 巡航速度(km/h) 航程(km)CRJ-900 10.2 36.5 860 2778 ARJ21 11.2 43.6 923 3700 BAe146 24.8 2554 SSJ-100458784590外形美观（市场因素）2）机翼（采用下单翼）便于安装起落架，且不挡住发动机进气。
可以布置中央翼，减轻机翼结构重量。
3）发动机（尾吊双发涡轮风扇发动机）飞机的驾驶比较容易，噪音小，符合易操纵性和舒适性的要求。
4）起落架前三点型式，主起落架安装在机翼上5）飞机草图三、机身外形的主要参数1.通道：单通道经济舱：5*22=110另外布置厨房、厕所及安全门2.机身横截面及当量直径1）经济舱座椅宽度19-21in，取21in；其中中间位置加宽为22in；过道宽度为19in。
机舱宽度为：21*4+22+19+10=135（其中为了舒适及结构需要增加10in） 2）截面采用圆截面座椅设置在最大直径处，因此当量直径为135in=3.44m3.中间段长度确定经济舱座位间距为31-34in，取34in。
现代飞机结构与总体设计
什么是飞机总体设计
各阶段的任务—原型机试制
零件进行数控机械加工
机身侧壁铆接装配
机翼壁板进行铆接
机头设备安装
什么是飞机总体设计
各阶段的任务—原型机试制
机身段进行铆接
飞机在试飞车间
来源：The catalogue of MBB "Economy and Efficiency all the way", Print in West Germany bu MBB, 5.85/1493
制图
· 用户，市场和 要求间的紧密联系 · 规范、标准等
工程设计 · 大规模的组织 · 功能上的分离
制造 · 大规模的组织 · 功能上的分离
· 详尽的实验 · 有限的原型制造
大量的图纸和参与机构
*McMasters, J. H., Cummings, R. M. Airplane Design as a Social Activity: Emerging Trends in the Aerospace Industry (Invited Paper). AIAA Paper 2002-0516.
飞机的结构
副翼和襟翼：
副翼和襟翼起的是操纵作用
操纵副翼可控制飞机的滚转
操纵襟翼可以改变飞机的升力
飞机的结构
机翼的结构
F-14 “熊猫”
飞机的结构
机身
机身的主要功能是装载人员、货物、燃油、武器、 各种装备和其它物资。 还将飞机的各个部件接成一个整体，组成了一架飞 机。有的飞机的起落架支柱也固定在机身上。
分析使用环境 拟定设计要求
建立生产线 调整试飞 稳定工艺 定型试飞 批生产飞机 试飞鉴定 否 决策 是 定型试飞 报告 决策 是 批生产飞机 交付部队 否
飞机总体设计框架
▲ η增加，可减轻机翼结构重量
3）对内部容积的影响
▲ η增加，有利于布置起落架
4）对于高速飞机
▲ η=3∼5，主要是从结构重量考虑
11
• 后掠角χ
航空宇航学院
1）对气动特性的影响
▲ χ增大，可以提高临M界数，延缓激波的产生；
▲ χ增大，波阻降低；
▲ χ增大，升力线斜率降低；
C
α L
4
• 几何参数之间的关系
如果给定： S, λ, η, χ1/ 4 则：
航空宇航学院
l = λ⋅S
c根 = 2 ⋅ S /[l(1+ 1η)]
c尖
=
1
η
c根
cA
=
2 3
c根
⋅
1+η+η 2 η (பைடு நூலகம்+η )
tgχ 前缘
=
tgχ1/ 4
+
(1 −
1
η
)
/[λ (1 +
1
η
)]
5
• 平均气动力弦长 cA
航空宇航学院
飞机总体设计框架
设计 要求
主要参数计算 布局型式选择
发动机选择
部件外形设计
机机身身 机机翼翼 尾尾翼翼 起起落落架架 进进气气道道
是否满足 设计要求
最优？
分析计算
重重量量计计算算 气气动动计计算算 性性能能计计算算 结结构构分分析析
三面图 部位安排图 结构布置图
1
航空宇航学院
机翼的设计
∫ cA
=
2 S
l / 2 c2dz
0
∫ xA
=
2 S
飞机总体设计师岗位职责
飞机总体设计师岗位职责飞机总体设计师是一种高级的航空工程师，需要具备深厚的航空知识和工程经验，负责监督、指导和协调飞机的总体设计、开发和生产。
其职责包括以下几个方面：1. 制定总体设计方案。
飞机总体设计师根据客户的需求和飞行性能要求，制定符合标准和规定的总体设计方案。
这需要他们具备深刻的工程洞察力，能够将众多的技术指标综合考虑，并最终确定合理的设计方案。
2. 设计机身外形。
飞机总体设计师需要设计飞机的机身轮廓、机翼、尾翼等外形，考虑到空气动力学效应、对空气的流动、减小空气阻力等方面。
这需要他们对飞机的运动学、气动学和气动噪声等方面都有深刻的了解，并能够运用现代设计工具进行设计和仿真。
3. 确定飞机性能参数。
飞机总体设计师要对飞机的各项性能指标进行分析、计算和预测，如飞行高度、速度、载重等。
在此基础上，他们还要确定飞机的各项技术指标以及相应的试飞计划。
4. 参与飞机制造的全过程。
飞机总体设计师需要在飞机的制造、试验和维护等各个环节中发挥关键作用，确保飞机的完美外形和出色性能。
他们需要与航空工程师、飞机制造商和其他领域的专业人员密切合作，确保飞机安全和可靠。
5. 解决设计中的技术问题。
在飞机的总体设计过程中，设计师会遇到各种技术难题。
飞机总体设计师需要考虑各种可能的情况，并想出合理的解决方案。
这需要他们具备强大的判断能力、创新能力和协作能力。
总之，飞机总体设计师是一种需要具备深厚航空工程知识和熟练技术的高级航空工程师。
他们致力于确保飞机的安全，提高飞机性能和维护飞机的优良品质，并在飞机的制造和服务全过程中发挥重要作用。
飞机总体(系统设计方向)工程师岗位岗位职责
飞机总体（系统设计方向）工程师岗位岗位职责
飞机总体（系统设计方向）工程师是一种技术性较高的职务，
主要负责飞机总体设计及系统设计方面的工作。
下面是飞机总体
（系统设计方向）工程师岗位职责：
1.负责飞机总体设计及系统设计方面的工作；
2.制定飞机总体设计及系统设计方案，掌握飞机总体设计及系
统设计的理论与技术，了解现有各种不同类型的飞机结构及系统设计；
3.对飞机的组成部分进行研究分析，根据市场需求和技术发展
趋势，制定可行的设计方案；
4.计算机辅助设计与分析、三维模型绘制等，掌握数学、力学、材料学等多门学科知识，熟练掌握一种以上的CAD软件和一种以上
的仿真分析软件，并能运用这些软件进行工作；
5.对设计方案进行评估、设计调整、实验测试，保证飞机系统
的安全、性能和可靠性；
6.协调各个部门间的工作，确保整个设计流程的顺利进行，保
证与客户交流准确、高效；
7.解决设计中的各种技术问题，做到对任何问题都要认真地分析，提出合理的解决方案；
8.根据领域最新科技发展趋势，不断优化设计方案，以提高工
作效率及质量，推进飞机总体设计的技术创新；
9.配合管理层参与项目计划和成本估算等管理工作。
以上就是飞机总体（系统设计方向）工程师岗位职责。
该岗位需要有严谨的理工科思维和较高的掌握工程技术能力，同时，良好的沟通协调能力也是必不可少的。
北航航空设计教材
北航航空设计教材
北京航空航天大学出版的《飞机总体设计》，这本教材由北航牵头联合七所高校和两个工业界研究院所共同编写，并由两院院士、著名飞机设计师顾诵芬审定。
该教材已获北京市本科优质教材、工信部“十四五”规划教材及教育部高等学校航空航天类专业教学指导委员会推荐教材。
该教材主要针对航空工程专业的学生，涵盖了航空设计的各个方面，包括飞机结构设计、飞机动力装置、飞机控制系统、飞机材料与制造工艺等。
这套教材由多位在航空领域有丰富经验的专家和教授编写，内容全面、系统，注重理论与实践相结合。
教材中不仅详细介绍了航空设计的基本原理和方法，还结合实际案例进行了分析和讲解，帮助学生更好地理解和应用所学知识。
北航航空设计教材是航空工程专业的重要教材之一，对于培养学生的航空设计能力和提高他们的综合素质具有重要的作用。
第15讲：飞机总体布局
• 绘制机身的外形
- 视界的要求 –对于发动机装在机身内的情况：重点进气道进口及 发动机尾喷口与机身协调
• 在机身尾部画出水平尾翼、垂直尾翼和 方向舵等的外形视图。
航空宇航学院
绘制飞机三面图（续）
• 绘出机翼的外形
- 根据所选定的尾力臂,确定机翼前后位置； - 根据布局型式，确定上下位置； - 根据机翼安装角，绘出根弦与机身水平基准线之间夹角； - 画出襟、副翼几何外形，并标出它们的偏角和位置。 - 画出机翼的平均空气动力翼弦。
内容提要
• • • • 全机几何外形协调和修正 绘制飞机三面图 飞机内部装载的布置 飞机主要承力结构的布置
航空宇航学院
全机几何外形协调和修正
• 基础 - 已确定的飞机的构型 - 各部件的几何参数 • 手段 - 计算机辅助几何设计软件（CAD） 4AutoCAD 4CADS 4CATIA 4UG 4Pro-E
航空宇航学院
客机空勤组座舱布置
728JET
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座舱布置
• 方法
1.用计算机设计设计（CAD）软件进行立体造型 2.按1:1的比例制作木质样机进行布置
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动力装置布置的要求
• 保证在各种飞行状态下发动机都能正常工作
- 应使发动机的轴线与飞机的水平基准线相重合 - 要考虑到进气道及尾喷管调节系统的安排
• 画出起落架的前轮和主轮
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绘制飞机三面图（续）
• 尺寸标注与标题栏
- 总体尺寸： - 部件尺寸： - 部件相对位置尺寸：尾力臂，……, - 特征尺寸：bA, 后掠角，防后倒立角等 。 参见：附录B（p162-165）
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支线客机设计小组成员：陈伟杰张大卫葛昌杰韩锐单宏伟范超1、设计要求类型:喷气支线客机有效载荷：70人（每人75kg）,每人行李重20kg飞行性能指标巡航速度：M 0.7飞行高度：10000 （m）航程： 2300（km），45分钟待机爬升率： 0 -> 10000 （m）不超过25分钟起飞距离：1600（m）接地速度：小于 220 （km/h）2、确定飞机的构型与要求相近似的飞机的资料综合比较以上相似机型，选择T型尾翼，带后掠的下单翼，2台涡轮风扇发动机，翼吊，采用前三点起落架，收于机身正常式布局：技术成熟，所积累资料丰富T型尾翼：避开发动机喷流的不利干扰后掠翼：巡航马赫数0.7,后掠翼能有效提高临界马赫数，延缓激波的产生，避免过早出现波阻下单翼：气动干扰经整流后可明显降低，结构布置容易，避免由于机翼离地太高而出现的问题起落架的型式和收放位置：前三点可以显著提高飞机的着陆速度，具有滑跑稳定性，飞行员视界要求易于满足，可以强烈刹车，有利于减小滑跑距离。
安装于机身发动机数目和安装位置：双发短舱式进气、翼吊，可减轻结构重量，飞机重心容易控制，机身长度小机身外形图：3、确定主要参数重量的预估有效载荷为W payload =70*(75+20)=6650kg预估数据：耗油率C ＝0.5lb/hr/lb （涵道比为5） 升阻比L/D ＝14 根据Breguet 航程方程：⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=D L M C a Range W W final initial )ln( 代入数据：Range=2300km ，声速a=299.5m/s （巡航高度10000m ） 耗油率C=0.5lb/hr/lb L/D=14 M=0.7 计算得initialfinalW W =1.115 即巡航阶段起始与结束时的重量之比4、燃油系数的计算飞行任务剖面图1 发动机启动和暖机 W 1/W to =0.9902 滑跑 W 2/W 1 =0.9953 起飞 W 3/W 2 =0.9954 爬升 W 4/W 3 =0.9805 巡航 W 5/W 4 =0.8976 待机 W 6/ W 5 =0.9747 下降 W 7/W 6 =0.9908 着陆滑行关车 W 8/W 7 =0.992 总的燃油系数 （书上63页的计算方法）6111(/)(/)0.824i ff to i i i M W W W W =+===∏飞行中耗油量 W使用=（1-ff M ）to W =0.176to W总燃油重量 fuel W = W使用+W备用=0.176to W (1+0.25)=0.220to W飞机的空机重量 e m p t y W =to W -payload W -fuel W =0.78to W -66505、根据同类飞机的空重与总重画出重量关系图可得到交点坐标为（36500kg ，21300kg ）所以最终求得的重量数据： to W =36500kg ，empty W =21700kg,fuel W =8030kg6、推重比和翼载的确定界限图地毯图选取翼载荷W/S=4500N/m2推重比T/W=0.357、客舱布置全经济舱，单通道，14排每排5人，共70人厨房布置在机头部，两个洗手间布置在尾部座椅宽度:20in 过道宽度：19in 座椅排距：32in客舱剖面图：机身外形尺寸： 当量直径3.5m 前机身长度：4.5m 中机身长度：14m 后机身长度：7.62m 机身总长：26.12m 上翘角：14deg 长径比：λ=7.5 机翼面积S=36500*9.8/4500=79.5m 2 发动机单发推力T=36500*0.35/2=6388kg 8、机翼外形设计 机翼设计的基本要求：1） 气动要求:—高速特性：巡航时升阻比大；低速特性：起飞、着陆时升力系数大；操稳特性 2） 结构要求：重量轻，刚度要求3） 容积要求：燃油箱布置，起落架布置，操纵系统布置 a ） 翼型的选择与设计 设计升力系数的计算：1()L WC S q=⋅212L W L v S C ρ==⋅⋅把W /S=4500N/m 2, =9087.31 代入上式，得C L =0.495 在初步设计时，近似认为 ， 三维机翼的升力系数， 翼型的升力系数选择超临界翼型，由升力系数 =0.495,选择型号为NASA SC(2)-0404展弦比AR=8.5 ，展弦比对气动阻力和升力线斜率的影响如下图：根梢比λ=0.4, 原因：升力分布接近椭圆形，诱导阻力较小，有利于减轻机翼重量和起落架布置。
诱导阻力系数C xi =kC 2y /(∏*AR),如下图212q vρ=L l C c =L C lc l c后掠角1）后掠角对气动特性影响：后掠角增大，可以提高临M界数，延缓激波的产生；使波阻降低；使升力线斜率降低；最大升力系数降低；机翼升阻比K降低；2）对操纵性的影响：攻角较大时，可能会“自动上仰”，难于控制，影响飞行安全。
3）对结构重量的影响：后掠角增大，机翼结构重量增加。
4）对内部容积的影响：后掠角过大，不有利于布置起落架。
所以选定后掠角为25。
展弦比：AR=8.5 后掠角：1/4ΛΛ前缘c c =尖根平均气动弦长（MAC ）：把给定机翼展向各面的气动力矩特性加以平均而计算出来的等面积矩形相当机翼的弦长，该矩形翼的力矩特性与给定的力矩特性相同。
各几何参数为：展长翼根弦长 =4.37m翼尖弦长 =1.75m前缘后掠角所以前缘后掠角Λ前缘=27.32。
平均气动弦长，采用画图法，如下图：由图知MAC=3.25m ，平均气动弦到翼根的距离为5.57m 机翼厚度分布l =2/[(1)]c S l λ=⋅+根c c λ=尖根110.522442l l tg tg c c Λ=Λ-⨯+⨯=前缘尖根（）/机翼平均厚度 =0.11，下图是25。
后掠角机翼的相对厚度对阻力发散马赫数的影响机翼安装角（i w ） 根据统计值，选择i w =2。
机翼扭转角（twist ）几何扭转：1）负扭转—从翼根至翼尖， i w 逐渐减小。
2） 正扭转—从翼根至翼尖， i w 逐渐增大。
气动扭转：翼根与翼尖的翼型不同。
(/)AV t c机翼扭转角对气动特性的影响：负扭转或气动扭转可延缓翼梢气流失速；可改变升力分布，影响诱导阻力。
所以选择负扭转角：3。
机翼上反角增加侧向稳定性和荷兰滚稳定性；增加外挂与地面之间的距离据数据统计，选择上反角为4。
翼梢小翼：对翼梢处的旋涡进行遮挡；翼梢小翼设计成有弯度，翼梢涡在小翼产生升力，这个升力方向向前，可减小总阻力。
内翼后缘扩展增加根部弦长，便于起落架的布置。
取消了内侧襟翼的后缘后掠角，明显提高了襟翼的效率。
内翼后缘扩展之后的平均气动弦如下图：此时平均气动弦MAC=3.42m，平均气动弦到翼根的距离为4.65m10．增升装置选择：选择三缝襟翼和前缘缝翼结合襟翼相对弦长C襟/C=0.36襟翼展长L襟=7.8副翼外形的设计确定如下副翼参数相对面积 S副/S = 0.06相对弦长 c副/c = 0.25相对展长 L副/L = 0.30偏角δ副= 30︒扰流板扰流板布置在后缘襟翼的前面，当非对称打开时，可产生滚转力矩；当在飞行中对称打开时，可增加阻力，起减速作用和增加下降速率；当在着陆时对称打开时，可增加阻力，缩短着陆距离。
机翼梁的布置——前梁布置在20%弦长处——后梁布置在70%弦长处机翼内燃油容积的估算V=420bS(t/c)(1-0.89λ+0.49λ2) / AR （kg）=8116kg >8030kg符合要求机翼外形图T型尾翼：避开发动机喷流的不利干扰后掠翼：巡航马赫数0.7,后掠翼能有效提高临界马赫数，延缓激波的产生，避免过早出现波阻下单翼：气动干扰经整流后可明显降低，结构布置容易，避免由机翼离地太高而出现的问题6、尾翼外形初步设计<1>确定平尾容量：纵向机身容量：223.526.12/(79.5 2.5) 1.6fus fusw wW L S c =⨯⨯=由上图可得每单位重心范围的平尾容量为4.5，该机型的重心范围为16%，则平尾容量为4.516%0.72⨯=。
取尾力臂15H l m = 由平尾容量公式cl S S V HH H ⨯=，可知平尾面积：212H S m = <2>确定垂尾容量航向机身容量22()/()(4.626.12)/(79.525)0.28fus fus w w H L S b =⨯⨯=由上图可差得垂尾容量为：0.125 取垂尾力臂15v l m = 由垂尾容量公式wv v v b l S S V =，可知垂尾面积：212.5v S m = <3>平尾外形设计： 展弦比:4.5 梯形比：0.6 升降舵弦长：0.4 相对厚度：0.07 选取NACA 0007 翼型 后掠角：o 5得到水平尾翼的图形：<4>垂尾外形设计展弦比：1.6梯形比：0.5方向舵弦长：0.35相对厚度：0.07选用NACA 0007翼型后掠角：o20得到垂直尾翼的图形：起落架布置前三点式停机角︒ψ=2着落角︒ϕ=16防后倒立角︒γ=17主轮距=B 4.68m前、主轮距b=0.4L=0.4×26.12=10.45mfus高度=h 3.0m机轮布置轮胎数目与尺寸主起落架40in * 14in 2个 前起落架 24in * 7.7in 2个 重量估算与指标分配重心位置的估算1． 各部件重心位置估算由重心计算公式x G =∑∑i img mgx )()(得到x G =12.13m则重心在平均气动弦长的位置100%G A G Ax x x c -=⨯得x G =12.1311.3821%3.5-= 2.飞机重心位置的调整（1）调整机翼 1-1G A to W x x c W ⎛⎫∆=∆ ⎪⎝⎭机翼机翼 得 1.34x ∆=机翼（2）调整装载、设备i i G A to x W x c W ∆∆=∙得 3.5x m ∆=-机翼则得最终机翼重心为x G =11.94m 即x G =11.9411.3816%3.5-=。