2019-飞机总体设计-4第四讲-总体布局设计-Part1

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。
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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 ）
接收天线处单位面积上的入射功率 目标处单位面积上的入射功率
*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 10 log (dBsm）
m2
dBsm
1000
30
100
20
10
10
1
0
0.1
-10
0.01
-20
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4.3 隐身对布局设计的影响
正常式布局
10
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。
序号 名 称
1 蓝翅蝗虫
2 工蜂
3
绿头苍蝇
4
成年鸭子
长度 直径 (mm) (mm)
20 4 13 6 93 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
1. 消除能形成角反射器的外形布局。如采用翼 身融合消除垂直侧面机身与机翼的角反射器， 采用倾斜的双立尾来消除垂直立尾与平尾的 角反射器。
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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
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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

lห้องสมุดไป่ตู้m
R
4R2
幻影III
幻影2000
阵风
7
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 飞机配平形式选择
• 前翼的脱体涡提供非线性升力，提高全机最大升力。
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 18
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。
RCS(m2)
L
10
5
1
0.1
0.01
L(km) 100 84 56 32 18
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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）
鲲鹏-700 （北航3305 T6）
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4.2 飞机配平形式选择
BURNELLI布局
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。
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。
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4.2 飞机配平形式选择
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
飞机总体配平型式也就是飞机的气动布局 型式，通常指不同承力面的安排型式。
机翼是产生升力的主要部件，前翼、水平 尾翼和垂直尾翼等是辅助承力面，用于保 证飞机的操纵性和稳定性。
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4.2 飞机配平形式选择
飞机配平型式的选择是一个复杂的创造性 的设计过程，技术因素是首先要研究的问 题。另外，飞机型式选择还会受到其他非 技术因素的制约，例如：市场 、设计人员 的风格和习惯等。
飞机型式选择在飞机设计中的地位和作用
飞机设计过程中，影响飞机性能的重大决策基本 上都是在飞机型式选择过程中作出的
飞机的气动力特性、强度刚度特性、使用维护性 能、制造工艺性能等各个方面的特性，在飞机的 型式确定下来以后就基本上确定了
正确地选择飞机型式对设计速度和设计质量有很 大的影响
不恰当的飞机型式，会引起以后设计中的重大返 工。如果在风洞试验甚至在试飞之后，发现飞机 的性能或操纵安定性差，则可能推翻整个方案， 就会大大影响设计速度
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
B-2专用恒温机库
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复习题
1. 飞机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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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
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
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4.3 隐身对布局设计的影响
2. 变后向散射为非后向散射 3. 采用一个部件对另一强散射部件的遮挡措施，
如采用背负式进气道，用机身和机翼遮挡进 气道。
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4.3 隐身对布局设计的影响
4. 将全机各翼面的棱边都安排在少数几个非重 要的照射方向上去（大于正前方40°以外）， 使雷达波反射尖峰叠在一起以减少强尖峰个 数
＊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
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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4.3 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。
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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
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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。