飞机总体设计课程设计

国内使用的喷气式公务机设计

班级： 0111107

学号： 011110728

姓名：于茂林

一、公务机设计要求

类型

国内使用的喷气式公务机。

有效载重

旅客6－12名，行李20kg/人。

飞行性能：

巡航速度： 0.6 - 0.8 M

最大航程： 3500－4500km

起飞场长：小于1400－1600m

着陆场长：小于1200－1500m

进场速度：小于230km/h

据世界知名的公务机杂志B&CA发布的《2011 Purchase Planning Handbook》，可以将公务机按照价格、航程、客舱容积等数据分为超轻型、轻型、中型、大型、超大型。

根据设计要求，可以确定我们设计的公务机属于轻型公务机：价格在700-1800万美元、航程在3148-5741公里、客舱容积在8.5-19.8立方米的公务机。与其他公务机相比，轻型公务机主要靠较低的价格、低廉的运营成本、在较短航程内的高效率来取得竞争优势。

由此，从中选出一些较主流机型作为参考

二、确定飞机总体布局

1、参考机型

庞巴迪航空：里尔45xr、里尔60xr

巴西航空：飞鸿300、

塞斯纳航空：奖状cj3

2、可能的方案选择：

正常式

前三点起落架

T型平尾 / 高置平尾 + 单垂尾

尾吊双发涡轮喷气发动机 / 翼吊双发喷气发动机 / 尾吊双发喷气发动机

小后掠角梯形翼+下单翼 / 小后掠角T型翼+中单翼 / 直机翼+上单翼

3、最终定型及改进

1）正常式、T型平尾、单垂尾

①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

②“失速”警告（安全因素）

③外形美观（市场因素）

④由于飞机较小，平尾不需要太大，对垂尾的结构重量影响不大

2）小后掠角梯形翼（带翼梢小翼）、下单翼

①本次公务机设计续航速度0.6-0.8M，处于跨音速范围，故采用小展弦比后掠翼，后掠角大约30左右，能有效地提高临界M数，延缓激波的产生，避免过早出现波阻。

②翼梢小翼的功能是抵御飞机高速巡航飞行时翼尖空气涡流对飞机形成的阻力作用，提高机翼的高速巡航效率，同时达到节油的效果。

③采用下单翼，起落架短、易收放、结构重量轻；发动机和襟翼易于检查和维修；从安全考虑，强迫着陆时，机翼可起缓冲作用；更重要的是，因为公务机下部无货物仓，减轻机翼结构重量。

3）尾吊双发涡轮喷气发动机，稍微偏上

①主要考虑对飞机的驾驶比较容易，座舱内噪音较小，符合易操纵性和舒适性的要求。

②机翼升力系数大

③单发停车时，由于发动机离机身近，配平操纵较容易；

④起落架较短，可以减轻起落架重量。

⑤由于机翼与客舱地板平齐有点偏高，为了使发动机的进气不受影响，故将发动机安排的稍稍偏上。

4）前三点起落架，主起落架安装在机翼上

①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。

②具有起飞着陆时滑跑的稳定性。

③飞行员座舱视界的要求较容易满足。

④可使用较强烈的刹车，缩短滑跑距离。

4、三视图草图

三、主要参数的确定

1、估计巡航阶段燃油系数

在重量估算中，最关键的是估算巡航阶段燃油系数。 根据设计要求：

--航程Range=4000km; --巡航速度：M=0.7； --巡航高度：12000m ；

--声速：a=576.4kts(296.5m/s)；

预估数据（参考统计数据）：

--耗油率C=0.6（涵道比假设为6） --升阻比L/D=14.6

根据Breguet 方程：

ln

initial final

W Range a L W M C D =

⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭

计算得：

246.1W =W final

initial

所以：W fuel cruise /W to =1-1/1.246=0.197

燃油系数主要由任务剖面中巡航阶段确定，其它阶段（除巡航阶段以外）的燃油系数为：

参照算例中各阶段燃油系数

2165

.0003.00197.0013.0002.00005.0001.0=++++++=W

W

to

fuel

2、估算飞机最大起飞重量（lb ） 每位乘客80kg 并携带20kg 行李

Wto 60,000 35,000 10,000 Wfuel 12,990 11,077.5 2,165 Wpayload 2,425 2,425 2,425 Wempty

44,585

21,497.5

5,140

最终求得的重量数据：

重量lb比例Wto235001

Wfuel5087.750.2165

Wpayload24250.1032

Wempty15987.250.6803

3、估算推重比和翼载荷

1500

200025003000350040004500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

翼载荷(N/m 2

)

推重比

界 限 线 图

起飞距离

平衡场长

抗风要求

进近速度

着陆距离

第二阶段爬升

巡航1

巡航2

根据界限线图，选择如下技术指标： --翼载荷：W/S=3400N/m2

--推重比：T o /W to =0.35(10N/kg) 计算得：

--机翼面积：S=31.35m2

--发动机推力：T o =37307.78N --单发推力：T'=18653.89N

四、发动机选择

根据飞行高度和飞行速度选择发动机类型

根据巡航马赫数M=0.7,飞行高度12000m ，选择涡轮风扇发动机。