第二章 设计飞机的依据

第二章 设计飞机的依据

现代飞机，性能不断提高，结构也越来越复杂，所以说，飞机是一种很复杂的工程系统。因此，飞机研制工作很复杂，周期比较长，需要耗费大量的人力和资金，这就要求设计部门必须慎重地对待，绝不能轻易、随便开始新机设计种。实际上，盲目从事任何一项工作都会造成返工和浪费。在飞机设计领域里，这种教训非常多，应该引起我们足够重视。

从大的方面来说，民用飞机是为发展国民经济服务的，军用飞机则是为国防事业服务的，因此，设计新飞机的根本依据也就应该是国民经济和国防上的需要，这是不言而喻的，也是设计者应该牢记的宗旨。由于飞机设计是一项具体的工作，所以还需要把这种需要细化和量化，形成具体的、明确的设计依据。这种依据通常有3个项：1.经过批准的“某某飞机的设计要求”；2．国家颁发的各种飞机的相应设计规范和适航性条例等通用技术文件；3．由总设计师单位研究确定的该机总体设计指标。

此外，在飞机总体方案的设计和优化过程中，还需要有合适的、能够对设计方案进行全面评价的准则。

上面所说的飞机设计的各项依据和评价设计方案优劣的准则，都应该是可以度量的具体指标。如果设计工作依照这些指标的要求进行，则设计的成功率和投产率就会提高。

§2.1 飞机的设计要求

无论是设计新飞机还是对现有的机种进行改型设计，均需要有明确的、完整的设计要求。飞机的设计要求是一项重要的技术文件，它是飞机总体设计工作的出发点和最主要的依据。

一、飞机设计要求的基本内容

对军用飞机而言，设计要求通常称为“战术技术要求”，对于民用飞机则是“使用技术要求”，这些设计要求没有固定的格式，通常包括：

（一）飞机的类型和基本任务

这是对所设计飞机最基本的总要求，应该具体、明确。

对于民用飞机，除了要指明飞机的类型（旅客机、货机、客货两用机或其他类型的专业飞机等）外，还应指明是干线飞机还是支线飞机，准备在哪些航线上使用以及所需适应的地理条件和气象条件等等。

如果是军用飞机，除需指明飞机的类型（轰炸机、歼击机、强击机或其他专用军用飞机等）外，还应明确基本的战斗使用要求和作战对象。例如歼击机，应明确其主要任务是空中格斗还是拦截；轰炸机和对地攻击机，应指明武器配备方案、突防攻击方式及主要的攻击目标；对于预警机、反潜机、巡逻机、垂直和短距起落飞机、舰载机等特殊用途的飞机，则更应该有明确、具体的任务要求。

不可能要求一架飞机是万能的，对“多用途”飞机的问题已有过很多争论。实践证明，要求一架飞机有多种用途并不是好办法，但“一机多型”的做法却不乏成功的先例，故也可以在设计要求中提出“一机多型”的设计思想，让飞机的总体设计方案考虑留有改型的余地。 有时为了能更具体地明确所设计飞机的用途和使用情况，也可以给出典型的飞行任务剖面图（Flight Profile），如图2.1所示。

图2.1 典型飞行任务剖面图

飞机的飞行剖面图是表示飞机为完成某种典型的飞行任务而绘制的飞行航迹的图。按航迹所在的平面分为：垂直平面的飞行剖面图和水平平面的飞行剖面图。当然，完成同一项飞行任务，往往可以有多种不同的途径，因而也就存在多种飞行剖面图。而且就一种飞机而言，也绝不可能总是机械地重复完成某一项完全相同的飞行任务，这里所要给出的飞行剖面图只是其中一种最典型的或是最能代表飞机特征的飞行剖面，作为飞机设计的依据。

（二）飞机的有效载荷

对民用飞机来说，有效载荷是指旅客和货物等，对于军用飞机来说是指空勤人员、武器装备和弹药等。

可以说设计飞机的直接目的，是要能够装载所给定的各种有效载荷。有效载荷是根据对飞机的任务要求而确定的。民用飞机是一种运输工具，其任务就是运送旅客和货物，军用飞机是一种武器装备，设计的目的就是要携带足够的武器完成作战任务。因此，在进行飞机设计时，首先必须考虑保证满足有效装载的要求，通常在设计要求中应具体给定以下的载荷： 1.空勤组的人数。一般军用飞机乘员的质量，包括降落伞在内按每人95kg计算，民用飞机按每人80kg计算。

2．军用飞机的武器装备，包括机炮、火箭、导弹、炸弹等等的数量。如果对具体的武器布置方案不做具体规定，也需要对所必须携带的武器和总的载弹量做出明确的规定。

3．对于旅客机要给定旅客的人数及所要求的客舱等级和舒适程度；对于运输机，需给定

总的载货量及所运送的主要货物的类型和几何尺寸。

4．对于其他各类专业飞机，需给定其特殊的装置及专用设备的型号、尺寸和质量。例如，农业飞机的播种、喷药装置；航测飞机的测量和照像设备；预譬机的雷达和天线装置等等。 （三）飞机的飞行性能指标

飞机设计师总希望他所设计的飞机性能最先进，起码要比现有同类飞机的性能要好，否则就没有必要来设计新飞机。但是随着航空科学技术的迅速进步，飞机的飞行性能也在不断提高，在这种情况下，不可能也不必要要求飞机的每一项飞行性能都是最先进的。假如要求一架飞机各方面的性能指标都最高，是很难做到的，或是要付出极大的代价，因而得不偿失。因此，不同的飞机对各种飞行性能指标的要求也是不同的，在拟定飞机设计要求时，关键是要对飞机的基本任务进行认真的分析研究，合理具体地提出各项飞行性能指标。

例如，要设计一种截击机对国防要地执行防空任务，其主要攻击对象是来犯的轰炸机，基本的作战方式是在警戒雷达发现敌情后，迅速升空，以尽量大的上升，抢占有利高度，截击敌机。对于这种飞机，最主要的性能指标是爬升率和升限。为此，推重比要大，重量要轻，而载油量可适当减少，航程也不作主要要求，因为重点不是空中格斗，所以对机动性的要求也不是首要的。因此，和升限是最主要的，其他指标则不必很突出。总之，在飞机的设计要求中，必须根据飞机主要飞行任务的需要，提出具体的飞行性能指标。 y v y v y v 飞机的飞行性能很多，在设计要求中只能提出其中一些主要指标，通常有： 1．飞行速度和高度指标：包括在给定高度上的最大平飞速度或最大飞行M 数、巡航速度、巡航高度、静升限及某些军用飞机（如高空拦截歼击机）的动升限等等。

不同用途的飞机对飞行速度和高度特性的重点要求有很大差别，有的要求最大速度，有的则要求巡航速度。

2．耐航性能指标：包括最大航程、最大续航时间、军用飞机的作战半径等等。对于旅客机、运输机和轰炸机等重点是航程；巡逻机和预警机是续航时间，战斗机则是突防距离和在战区留空作战的时间。

3．起飞着陆性能指标：主要是起飞离地速度和起飞滑跑距离、着陆接地速度和着陆滑跑距离、对机场跑道等级的要求等等。

4．机动性能指标：对于普通的旅客机和运输机，这方面的要求不很高，只要能满足常规的机动要求和能够抗拒突风载荷就可以了。但它对于军用飞机，尤其是歼击机则十分重要，对其作战的效能影响很大。

飞机的机动性是指飞机改变其飞行高度、速度和方向的能力，也就是所谓的高度机动性、速度机动性和水平机动性，包括飞机的爬升率、水平加速度和盘旋转弯半径的大小等等。 通常以上这几项机动性能都应给出具体的指标。

除了上述几方面最基本的要求之外，还可能提出一些关于电子对抗、隐身性能、飞机使用维护特性、翻修周期、使用寿命、设计制造期限、研究进度、研制经费、使用经济性以及采用某种新技术等要求。不同的飞机，其设计要求的内容，可能差别很大，项目的多少、内容的繁简程度都可能不一样，有时对某一方面的指标详细提出，但有的项目则不做规定，而是留给设计部门自行决定。