未来大型客机气动布局设计
混合动力通勤飞机推进系统气动布局研究
混合动力通勤飞机推进系统气动布局研究
伍庭佳;王宇;李湘;张帅
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】使用VSPAERO气动分析模块,以X-57机翼作为算例,对螺旋桨滑流气动特性进行计算,将气动分析结果与文献中的CFD分析数据进行对比,验证软件的精度和可靠性。
将其应用于19座通勤类飞机,分别对1—3对电机+桨3种气动布局方案参数化建模,调整螺旋桨的位置、尺寸及性能参数,快速分析飞机以巡航马赫数飞行在不同迎角下的升阻特性。
结果表明:3种方案中六桨方案最优,此方案能显著降低全机诱导阻力,使总升阻比较双桨可提高14.8%,相对于四桨可提高31.9%。
【总页数】4页(P219-222)
【作者】伍庭佳;王宇;李湘;张帅
【作者单位】南京航空航天大学航空学院;中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】V228.5
【相关文献】
1.飞翼气动布局飞机纵向短周期等效系统参数辨识技术研究
2.航天飞机的随控布局研究：航天飞机空气动力学问题之六
3.一种混合动力飞机动力系统试验台架的设
计研究4.氢电-锂电通勤飞机分布式推进系统匹配设计5.混合动力推进系统与飞机数字化设计现状与展望
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飞机气动布局简介.
飞机气动布局简介想必很多人对飞机很感兴趣，因为飞机大多是很漂亮的，流线型的机身，舒展的机翼，实现了人类在蓝天翱翔的梦想。
其实飞机外型的美观虽然是人类主动的设计创作，而实质却是受制于空气阻力的被动结果，从某种意义上讲，这种符合人类审美标准的流畅线条其实是空气动力原理的杰作。
大千世界千变万化，飞机也是形态各异，大的、小的、胖的、瘦的，四个翅膀的、两个翅膀的甚至还有一个翅膀的，打个比方，飞机的式样就像宠物狗一样，当真是品种丰富，血统复杂。
俗话说外行看热闹，内行看门道，既然飞机的外观是空气动力原理决定的，那么这么多种飞机的形状在飞机设计中就有个称谓，叫做空气动力布局。
下面我们就逐一介绍一下各种气动布局，当了解到气动布局这个概念后再回过头来看这些飞机，就会发现自己不会再看花眼了，其实全世界的飞机品种再多，也无非就以下这几种气动布局而已。
各种空气动力布局的主要差别就在于机翼位置上的差别，首先介绍一个最常见的布局——常规布局。
这种布局的特点是有主机翼和水平尾翼，大的主机翼在前，小机翼也就是水平尾翼在后，有一个或者两个垂直尾翼。
世界上绝大多数飞机属于这种气动布局，特别是客运、货运大型飞机，几乎全是这种布局，例如波音系列、欧洲的空中客车系列，我国的运七、运八、ARJ21，美国的C130等。
我国的军用飞机中除了歼10猛龙战斗机以外，都是常规气动布局。
常规布局最大的优点是技术成熟，这是航空发展史上最早广泛使用的布局，理论研究已经非常完善，生产技术也成熟而又稳定，同其他气动布局相比各项性能比较均衡，所以目前无论是民用飞机还是军用飞机绝大多数使用这种气动布局。
常规气动布局机型——我国的ARJ21祥凤支线客机常规气动布局机型——我国的FC-1枭龙歼击机常规气动布局机型——我国的歼11B歼击机常规布局中还有一个另类——变后掠翼布局，就是主翼的后掠角度可以改变，高速飞行可以加大后掠角，相当于飞鸟收起翅膀，低速飞行时减小后掠角，展开翅膀。
飞机的常见气动布局
飞机的常见气动布局亲爱的同学们大家好：今天，我想和大家讲一讲，飞机的常见气动布局。
大家知道的都有哪些呢？目前我们所知的可行的飞机的空气动力布局方式有：常规、鸭式、三翼面、变后掠、无尾、飞翼、前掠翼。
这些布局方式各有特色各有长短，我将为大家逐个讲解。
首先是常规，常规布局也就是主翼在前，水平尾翼在后，有一个或两个垂尾的气动布局方式。
使用这种气动布局设计的具有代表性的战斗机有，美国——洛克希德马丁公司：F22猛禽。
俄罗斯——苏霍伊设计局：苏27侧卫。
但其实，我们常见的客货机几乎全是这种设计的。
常规布局的优点是技术成熟，理论研究已经非常完善，生产技术也成熟而又稳定，同其他气动布局相比各项性能比较均衡。
只是由于均衡所以也没有特别出色的地方。
然后是鸭式。
因为当初这种气动布局的飞机飞起来像鸭子，故此得名。
说到鸭式布局，我们就不得不说世界上第一架飞机——莱特兄弟的飞行者一号。
它所使用的布局其实就是鸭式布局。
鸭式布局也是主翼在后面，前面加个小机翼叫做鸭翼。
简单地来看，鸭式布局就是将常规布局中的水平位移移到了主翼前方，但鸭翼与平尾并不是一个概念。
虽然鸭翼也承担着控制俯仰的责任，但除此之外，鸭翼还会产生涡流。
这些涡流吹过主翼会带来强大的增升效果，也就是说，鸭翼能提供额外的升力。
如此，鸭式布局的飞机的短距起降性能更强，因为它们在低速度状况下也能获得较高的升力。
鸭式布局的飞机在高速飞行中有着更高的稳定性，机动性也要比常规布局飞机更加出色。
有时鸭式布局飞机还会在机身的后下方增加两片叫做腹鳍的翼面，以增加大迎角情态下的飞行稳定性，这是因为在大迎角情态下，常规布局的飞机的垂尾还会接触到由主翼和平尾的间隙间吹过的气流，而鸭式布局的飞机的主翼往往会阻断流往垂尾的气流，如此垂尾便不能很好地控制飞机的水平方向稳定，而在机身下方增加的腹鳍则能解决这个问题。
这也是鸭式布局飞机的一个不同之处。
鸭式布局设计的代表战机有：中国成飞歼20，欧洲双风：阵风、台风。
现代飞机常见气动外形特点及发展
摘要我们看到任何一架飞机，首先注意到的就是气动布局。
飞机外形构造和大部件的布局与飞机的动态特性及所受到的空气动力密切相关。
关系到飞机的飞行特征及性能。
故将飞机外部总体形态布局与位置安排称作气动布局。
简单地说，气动布局就是指飞机的各翼面，如主翼、尾翼等是如何放置的，气动布局主要决定飞机的机动性，至于发动机、座舱以及武器等放在哪里的问题，则笼统地称为飞机的总体布局。
飞机的设计任务不同，机动性要求也不一样，这必然导致气动布局形态各异。
现代作战飞机的气动外形有很多种，平直机翼布局、后掠翼布局、变后掠翼布局、无尾翼布局、鸭式布局、三翼面布局、前掠翼布局等。
而以巡航姿态为主的运输机等大型飞机，其气动布局就相对比较单一，主要以常规布局为主关键词：翼型；尾翼；气动外形；空气动力目录引言 (1)一、现代飞机常见气动外形 (2)（一）作战飞机气动外形 (2)（二）非作战飞机气动外形 (7)二、国内飞机常见气动外形 (7)（一）作战飞机气动外形 (7)（二）非作战飞机气动外形 (9)三、飞机气动外形发展 (11)（一）作战飞机气动外形的发展 (11)（二）非作战飞机气动外形的发展 (11)四、我国大飞机气动布局设计的发展建议 (15)致谢 (17)参考文献 (18)引言自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，航空科技一直伴随着科技革命的推进迅速发展，由于该行业属于技术密集型，因此也使得航空科技一直云集着该时代最先进的科技成果，和众多的行业精英。
因此航空技术往往代表着一个时代的科技水平，也促进和引领着科技进步。
而一个时代的航空科技水平则主要体现在该时期的航空器上，飞机作为数量最多、最为常见的航空器，当然代表着一个时代航空科技的水平。
而一个时代飞机的技术水准，则直观的体现在飞机的气动外形上。
从飞机的气动外形我们就可以看出：这个时代航空科技的总体水平，这个时代的设计理念，甚至这个时代的军事政治战略格局等等。
因此，研究飞机的气动外形及其发展，对于我们学习航空科技进而了解世界科技、历史、军事、政治等方面知识有着深远的意义。
250座级翼身融合布局客机气动设计与优化
250座级翼身融合布局客机气动设计与优化刘晓静;吴江浩;张曙光【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2011(029)001【摘要】结合民机客舱结构设计参数和飞机总体设计参数要求进行气动布局设计,获得250座级翼身融合(BWB)布局客机初步气动设计方案.采用数值求解N-S方程的方法获得该布局在巡航和起飞条件下的纵向气动特性.结果表明,在巡航条件下α=2°时最大升阻比Kmax可达15.9.以固定巡航飞行升力系数下最小化飞行阻力作为目标优化了机翼展向几何扭转角分布.结果表明,优化后外侧机翼的负载减轻,减小了激波强度和波阻,从而提高了巡航升阻比Kcruise.Kmax由初始布局的15.9提高到20.7,Kmax由初始布局的15.4提高到19.2,与现役同座级客机接近.优化后起飞特性得到改善,巡航平飞时低头力矩减小,Cm0为更接近零的一小负数,利于操纵.【总页数】7页(P78-84)【作者】刘晓静;吴江浩;张曙光【作者单位】北京航空航天大学,交通科学与工程学院,北京,100191;北京航空航天大学,交通科学与工程学院,北京,100191;北京航空航天大学,交通科学与工程学院,北京,100191【正文语种】中文【中图分类】V211.3【相关文献】1.翼身融合布局大型客机的重心分析 [J], 索欣诗;陈文达;余雄庆2.翼身融合分布式动力飞行器气动性能探究 [J], 尉子健3.翼身融合布局无人机后缘襟翼气动特性数值模拟 [J], 李俊林;和敬杰;张昕喆;李国举;刘志棋4.分布式动力系统参数对翼身融合布局无人机气动特性的影响 [J], 张阳;周洲;王科雷;范中允5.翼身融合客机PRSEUS壁板参数识别研究与优化设计 [J], 王凯剑;张睿;李岩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
飞机气动布局
案现代作战飞机的气动布局有很多种，主要有常规布局、鸭式布局、无尾布局、三翼面布局和飞翼布局等。
自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，飞机设计师们通常将飞机的水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼后面的飞机尾部。
这种布局一直沿用到现在，也是现代飞机最经常采用的气动布局，因此称之为“常规布局”。
鸭式布局，是一种十分适合于超音速空战的气动布局。
早在二战前，前苏联已经发现如果将水平尾翼移到主翼之前的机头两侧，就可以用较小的翼面来达到同样的操纵效能，而且前翼和机翼可以同时产生升力，而不像水平尾翼那样，平衡俯仰力矩多数情况下会产生负升力。
早期的鸭式布局飞起来像一只鸭子，“鸭式布局”由此得名。
无平尾、无垂尾和飞翼布局也可以统称为无尾布局。
对于无平尾布局，其基本优点为超音速阻力小和飞机重量较轻，但其起降性能及其它一些性能不佳，总之以常规观点而言，无尾布局不能算是一种理想的选择。
然而，随着隐身成为现代军用飞机的主要要求之一以及新一代战斗机对超音速巡航能力的要求，使得无尾——特别是无垂尾形式的战斗机方案越来越受到更多的重视。
在常规布局的飞机主翼前机身两侧增加一对鸭翼的布局称为“三翼面布局”。
三翼面布局形式可以说最早出现在六十年代初，米高扬设计局由米格-21改型而得的Е-6Т3和Е-8试验机。
三翼面的采用使得飞机机动性得到提高，而且宜于实现直接力控制达到对飞行轨迹的精确控制，同时使飞机在载荷分配上也更趋合理。
俄罗斯的苏－34、苏－37和苏-47都采用这种布局。
早在二战期间，美国和德国就开始研究这种布局的飞机。
现代采用飞翼布局的最新式飞机，就是大名鼎鼎的美国B－2隐型轰炸机。
由于飞翼布局没有水平尾翼，连垂直尾翼都没有，只是像一片飘在天空中的树叶，所以其雷达反射波很弱，据说B－2在雷达上的反射面积只有同类大小飞机的百分之一。
变后掠布局较好的兼顾了飞机分别在高速和低速状态下对气动外形的要求，在六七十年代曾得到广泛应用，但由于变后掠结构所带来的结构复杂性、结构重量的激增，再加上其它一些更为简单有效的协调飞机高低速之间矛盾的措施的使用，在新发展的飞机中实际上已经很少有采用这种布局形式的例子了。
载机气动方案
（1）遵循国家相关法律法规和政策，确保方案合法合规；
（2）结合载机实际需求，科学合理地制定气动方案；
（3）充分考虑技术可行性、经济合理性和安全可靠性；
（4）注重技术创新，提高载机气动性能。
三、方案内容
1.气动布局优化
（1）机翼设计：采用超临界机翼，提高气动效率；优化翼型，降低飞行阻力；增加机翼后缘襟翼，改善起降性能。
第2篇
载机气动方案
一、前言
为响应我国航空工业的快速发展需求，提高载机气动性能，降低能源消耗，保障飞行安全，本研究团队在深入分析现有技术基础上，结合先进气动设计理念，制定本载机气动方案。
二、பைடு நூலகம்标与原则
1.目标：通过优化气动布局，提升载机的气动效率，减少飞行阻力，实现节能减排，增强飞行性能。
2.原则：
-符合国家航空工业发展规划及相关法规标准；
-尾翼设计：采用高效尾翼布局，提高尾翼效能；调整尾翼安装位置，优化气动平衡。
2.气动减阻措施
-采用新型低阻力翼型，降低翼型阻力；
-运用湍流控制技术，减少边界层分离，降低湍流阻力；
-选用轻质高强材料，减轻结构重量，降低飞行阻力；
-表面处理技术，降低摩擦阻力。
3.气动加热防护
-选用高温材料，提高气动加热防护能力；
载机气动方案
第1篇
载机气动方案
一、项目背景
随着航空技术的不断发展，载机气动性能的提升成为航空领域关注的焦点。为提高我国载机气动性能，降低飞行阻力，减少能耗，延长飞行距离，本研究团队针对现有载机气动问题，提出以下合法合规的载机气动方案。
二、目标与原则
1.目标：在保证载机结构强度和稳定性的前提下，提高气动性能，降低飞行阻力，实现节能降耗。
飞机气动布局设计简介
机翼的增升装置
增升装置：如果把机翼的前、后缘做成可活动的舵面，则其可 改变机翼剖面弯度和机翼面积，增加飞机升力，改善飞机飞行 性能。这种可增加飞机升力的活动舵面称为增升装置或襟翼。
襟翼一般分为 •前缘襟翼 •后缘襟翼
机翼的增升装置 增升装置
最主要的缺点: •飞机的纵向操纵和配平仅仅靠机翼后缘的升降舵来实现， 则由于力臂较短，操纵效率不高。 •在起飞着陆时，增加升力需升降舵下偏较大角度，由此带 来下俯力矩，为配平又需升降舵上偏，因而限制了飞机的
起飞着陆性能
三翼面布局
机翼前面有水平前翼 （鸭翼），机翼后面 有水平尾翼
Su-33
S-37
三翼面布局的优缺点
三翼面布局飞机 ny=7 5.2 常规布局飞机 ny=7 6.9
0.9 0.9 0.1
最主要的优点: •气动载荷分配上也更加合 理 •综合常规布局和鸭式布局 的优点
最主要的缺点: •漩涡破裂，产生非线性的 气动力 •小迎角时的阻力比两翼面 的要大
飞翼布局
飞机只有机翼的气动布局形式。
B-2
飞翼布局的优缺点
翼型
翼型：平行于飞机对称面的翼剖面
Y 平凸形
双凸形
对称形
圆弧形 X 菱形
弦长
后缘
前缘
翼弦
弦长
图1-3 翼型的中弧线和翼弦
相对弯度、相对厚度、前缘半径、后缘角
cmax
f max
Xc
Xf
翼型参数的定义
• 弦长：弦线被前、后缘所截线段的长度 • 相对弯度 ：翼型中弧线与翼弦之间的距离叫弯度。最大弯 度与弦长的比值，叫相对弯度。相对弯度的大小表示翼型的不 对称程度。
未来大型客机气动布局设计.
未来大型客机气动布局设计我国C919大型客机项目于2009年通过了工业和信息化部组织的专家评审，顺利进入总体设计阶段，主要部件和系统的供应商已基本确定，并采取合资、联合研发与研制、设计要求是飞机设计的依据，现代客机设计要求主要包括飞机性能、安全性、可靠性和维护性、机载系统性能等内容，还要满足民航当局的适航管理条例要求。
转包生产等形式与供应商合作，以期实现飞机零部件生产的本土化以及降低飞机的直接使用成本。
本文将以未来大型客机为背景，重点探讨气动布局设计问题，提出我国今后民用客机布局设计技术发展的建议。
未来大型客机设计要求设计要求是飞机设计的依据，现代客机设计要求主要包括飞机性能、安全性、可靠性和维护性、机载系统性能等内容，还要满足民航当局的适航管理条例要求。
比如，空客公司A380主要采用增加座位的技术途径达到客公里成本降低10%以上的设计目标；波音公司787综合使用复合材料、高效发动机、健康监测、先进制造工艺等技术，满足了降低20%燃油消耗的设计要求，同时改善了飞机的舒适性和可维护性；我国C919的设计目标是在性能指标与现役同级别先进客机相当的前提下，直接使用成本同比降低10%。
安全性、经济性、环保型和舒适性仍然是下一代大型客机发展的主要设计要求，也是客机的评价准则体系。
波音公司将重点从气动、推进、材料和系统技术入手，力图从提高推进系统可靠度、材料、电击保护、结构和系统健康监测等方面增强飞机安全性，从减少耗油率和维护费用、减轻材料和结构重量、降低制造成本等方面提高飞机的经济性，从降低推进系统噪声、减少排放物污染、能源优化等方面加强环境保护；从降噪和人性化客舱设计等方面提高乘坐的舒适性。
空客公司也提出了下一代民机发展的战略目标，明确了更安全、更经济、更环保和更舒适的设计思想。
针对未来航空环境，美国航空航天局(NASA)于2008年10月请求工业界部门和学术单位对满足2030年代能源效率、环境和运营目标要求的未来商用飞机的先进概念进行研究，即N+3代客机计划，也就是在20~25年之后投入使用、比现役客机先进三代的飞机。
先进布局宽体客机设计要求
附件II 先进布局宽体客机设计要求1.飞机主要特点1)先进宽体客机应是一款远程、双发/多发、双/多通道，400座级宽体客机；2)飞机应采用低油耗、低排放、低噪音设计技术，在未来30年应具有一定先进性；3)采用先进气动布局设计，以及高气动效率机翼设计技术。
例如前缘下垂，变弯度机翼等以最大实现减阻增效；4)采用先进材料技术，以降低结构重量和维修成本；5)选用先进成熟发动机。
2.总体设计要求1)座级：典型三舱客舱布局400座级；2)商载航程：标准旅客商载按每名旅客（含行李）105公斤计算。
标准旅客商载、ISA、无风条件下，设计航程不低于15000km（应考虑最新适航规章关于备份油规则）；3)典型巡航马赫数：0.82~0.95；4)最大使用高度：43000ft；初始巡航高度：在MTOW，ISA+10 °C条件下起飞，初始巡航高度不小于35 000 ft；5)操稳特性：在飞行包线内，结冰与非结冰情况下，以及所有重量重心组合下，横航向必须具备静稳定性；6)场域特性：起飞场长，着陆场长应不低于同类竞争机水平且有一定提高；进场速度不大于140Kts；7)驾驶舱：驾驶舱布局应考虑人机工效、舒适性、可达性等设计以及相关适航条款的要求；开展驾驶舱新技术的论证以及实施的可行性研究（例如：主动侧杆，触摸屏等）；8)客舱：客舱尺寸和人机工效设计方面舒适性不低于主流竞争机水平；注意飞行机组的休息区和客舱机组的休息区的设置；客舱压力高度和湿度要求不低主流竞争机水平或者更高，以保持客舱舒适性竞争水平；开展客舱舒适性水平论证以及实施的可行性研究；9)货舱：货舱装载水平不低于同类座级竞争机水平；货舱装卸工作应能与任何其它地面服务项目同时进行；10)机场适应性：飞机几何尺寸不应超过ICAO附件14中E类机场要求；在中等强度地基的刚性道面上的ACN值不大于67；允许在15 kts尾风的条件下起飞和着陆；侧风要求：允许在35 kts稳定正侧风条件下起飞和着陆；11)环境要求：注意最新噪声和排放要求，不低于主流竞争机水平并在未来30年具有一定优势裕度。
航空器气动布局的设计和分析
航空器气动布局的设计和分析一、概述航空器气动布局的设计和分析是航空工程学科中的一个重要分支，主要针对飞机在高速飞行中遇到的气动力学问题进行研究。
其目的是通过优化气动布局设计，提高飞机的性能和安全。
本文将分为以下几个部分，对航空器气动布局的设计和分析进行探讨。
二、气动布局设计飞机的气动布局设计包括机翼、机身、尾翼、发动机及各个部位之间的协调与匹配。
将各个部位的气动流场加以调整，使之达到最佳状态，以达到最佳性能。
1.机翼设计机翼的设计是飞机气动布局设计中最为重要的一部分。
机翼的气动设计不仅决定了飞机的外形，而且也影响了飞机的稳定性和飞行性能。
设计时需考虑以下几个方面：(1)机翼的平衡性一般来说，机翼设计必须满足平衡性的要求。
这意味着机翼必须在作用力的作用下，保持稳定运行，以防止其在飞行过程中出现不必要的姿态变化。
平衡性是机翼设计的重要考虑因素之一。
(2)机翼的升力与阻力特性机翼的升力与阻力特性也是设计的重要考虑因素。
升力特性决定了所需要的起飞和降落速度，而阻力特性则影响了飞机的航程。
设计时需要考虑这些因素来优化机翼的效率。
(3)机翼的强度与刚度机翼必须具有足够的强度和刚度，以支撑整个飞行器的质量，同时要满足对不同飞行载荷的要求。
(4)机翼的结构机翼结构的设计也是机翼设计的重要考虑因素之一。
需要考虑机翼的几何形状和材料属性，以满足不同的要求。
2.机身设计机身是整个飞机的骨架，负责承载机翼和发动机。
机身设计需要满足以下要求：(1)机身的气流稳定性机身必须具有良好的气流稳定性，以确保飞机在飞行过程中稳定。
(2)机身重量和刚度机身必须具有足够的强度和刚度，同时尽可能减少机身重量，确保飞机在飞行过程中能够承受飞行载荷的各种挑战。
(3)机身内部布局的合理性机身内部的设备必须合理布置，以便维修和保养。
3.尾翼设计尾翼的设计必须考虑与机翼的匹配，以及满足稳定性和机动性等要求。
尾翼可以帮助控制飞机的稳定性，同时也能通过变动尾翼的位置和角度来帮助控制飞机。
CJ828大型客机平尾气动设计及气动性能工程估算
３ ． 北京航 空航 天 大学 大型 飞机高 级人 才培 训班 ， 北京 １ ０ ０ １ ９ １ ）
摘 要：
参 考波 音 ７ ７ ７ — ２ ０ ０和 Ａ ３ ３ ０ — ３ ０ ０飞机 ， 模 拟设 计 ３ ０ ０座级 的大 飞机 Ｃ Ｊ ８ ２ ８ ， 对Ｃ Ｊ ８ ２ ８平 尾进 行 了气 动设 计 ， 确
式中， ｓ为机 翼 面积 ， ． Ｓ＝３ ３ ４ ｍ ； Ｃ 为 机 翼 平 均
气动弦长 ， 取 ＝ ７ ． ３ ４ ｍ 。代人计算得 Ｓ ｎ ＝ ５ ９ ． ５ ｍ 。 １ ． ３ 确定平尾平面几何参数
梢根 比 Ａ ： 选 择 小 的梢 根 比可 降低 结构 重量 ，
２ ０ １ ３ Ｎ Ｏ － １ ／ （ 季刊） 总第１ ０ ８ 期 ５■ ■■ ＿
其 表 面尺寸 一 般 较 小 ， 厚度较 薄 ， 在 构 造 形 式 上 有
些特点。一般来说 ， 平尾由可调整安装角的水平 安 定 面和可 偏转 的升 降舵组 成 。 水平 安 定 面 的作 用 是 使 飞 机 具 有 适 当 的 静 稳
一
定 性 。 当飞 机在 空 中作 近似 匀 速 直 线运 动 飞 行 时 ， 常 常会 受到 各种 上 升气 流或 侧 向风 的影 响 。 此 时 飞 机 的航 行姿 态就 会发 生 改变 ， 飞机 会 围绕 质 心左 右
蔽， 一般 中等 的梢根 比较 为 合适 ， 约为 ０ ． ３ ３～ ０ ． ５ ０ ，
（ 偏航） 、 上下 （ 俯仰 ） 以及滚 转 。如果 飞 机是 静 不稳 定的 。 就无 法 自动 恢 复 到原 来 的 飞 行 姿 态 ， 即如 果
１ ． ２ 确定 平 尾面积 通常采 用 尾容量 系数 的估 算 方法 ， 首先 确 定 尾
基于伴随理论的大型客机气动优化设计研究进展
基于伴随理论的大型客机气动优化设计研究进展I. 概括首先我们要明白什么是气动优化设计，简单来说就是在保证飞机性能的前提下，尽可能地减小飞机的重量和尺寸。
这对于提高飞机的燃油效率、降低飞行成本、减少对环境的影响都非常重要。
伴随理论是一种新的设计方法，它可以帮助我们更好地进行气动优化设计。
这种方法的核心思想是：在设计过程中，我们需要同时考虑飞机的结构、材料、气动特性等多个因素，而不能只关注其中的某一个方面。
通过这种方法，我们可以更全面地评估飞机的性能，从而做出更优的设计决策。
目前基于伴随理论的大型客机气动优化设计已经取得了一些重要的进展。
例如研究人员发现一种新型的复合材料可以显著提高飞机的气动性能；另外，他们还开发出了一种新的数值模拟方法，可以更准确地预测飞机在各种工况下的气动行为。
随着科技的发展和研究的深入，相信大型客机气动优化设计会越来越成熟和完善。
而我们作为普通人，也可以通过了解这些知识，更好地理解和欣赏这些伟大的发明创造。
A. 大型客机的发展历程和现状大型客机顾名思义，就是指那些能载运数百名乘客的大家伙。
它们是现代航空工业的翘楚，也是各国科技实力的象征。
从莱特兄弟发明的第一架飞机开始，大型客机的发展历程可谓波澜壮阔，充满了挑战与创新。
在过去的几十年里，大型客机的技术不断突破，从最初的喷气式飞机到如今的超音速客机，每一次进步都离不开科学家们的不懈努力。
如今我们已经能够看到一些世界级的航空公司如波音、空客等，纷纷推出了自己的大型客机系列，如波音空客A380等。
这些飞机不仅在速度、舒适度上有了很大的提升，还在节能环保、安全性能等方面取得了显著成果。
然而尽管大型客机的技术已经相当成熟，但仍然面临着许多挑战。
如何在保证安全的前提下，提高飞行效率、降低运营成本？如何在满足乘客需求的同时，减少对环境的影响？这些问题都需要我们不断地探索和研究。
大型客机的发展历程充满了激情与梦想，也见证了人类科技的飞速进步。
气动布局
飞机的气动布局飞机外形构造和大部件的布局与飞机的动态特性及所受到的空气动力密切相关。
关系到飞机的飞行特征及性能。
故将飞机外部总体形态布局与位置安排称作气动布局。
其中，最常采用的机翼在前，尾翼在后的气动布局又叫作常规气动布局。
气动布局形式是气动布局设计中首先需要考虑的问题。
目前飞机设计中主要采用的包括以下几种：正常布局；鸭式布局；变后掠布局；三翼面布局；无平尾布局；无垂尾布局；飞翼布局。
正常布局是迄今为止被使用最多的一种布局形式，目前仍然被应用于各类飞机之上。
鸭式布局在早期未能得到足够的重视，但随着超音速时代的来临，鸭式布局的优点逐渐为人们所认识。
目前广泛应用于战斗机之上的近距鸭式布局利用鸭翼与机翼的前缘分离涡之间相互有利干扰使涡系更加稳定，推迟了涡的破裂，为大迎角飞行提供了足够的涡升力，显著的提高了战斗机的机动性。
此外，采用ACT和静不稳定的鸭式布局的优点则更为突出。
变后掠布局较好的兼顾了飞机分别在高速和低速状态下对气动外形的要求，在六七十年代曾得到广泛应用，但由于变后掠结构所带来的结构复杂性、结构重量的激增，再加上其它一些更为简单有效的协调飞机高低速之间矛盾的措施的使用，在新发展的飞机中实际上已经很少有采用这种布局形式的例子了。
三翼面布局形式可以说最早出现在六十年代初，米高扬设计局由米格-21改型而得的Е- 6Т3和Е-8试验机。
三翼面的采用使得飞机机动性得到提高，而且宜于实现直接力控制达到对飞行轨迹的精确控制，同时使飞机在载荷分配上也更趋合理。
无平尾、无垂尾和飞翼布局也可以统称为无尾布局。
对于无平尾布局，其基本优点为：超音速阻力小和飞机中两较轻，但其起降性能及其它一些性能不佳，总之以常规观点而言，无尾布局不能算是一种理想的选择。
然而，随着隐身成为现代军用飞机的主要要求之一以及新一代战斗机对超音速巡航能力的要求，使得无尾——特别是无垂尾形式的战斗机方案越来越受到更多的重视。
对于一架战斗机而言，实现无尾布局将带来诸多优点。
航空器设计中的气动设计与优化
航空器设计中的气动设计与优化航空器的气动设计与优化是指在设计和制造航空器时，采取相关的气动学原理和技术手段，对航空器的外形、机翼、尾翼等结构进行优化设计，以提高航空器的气动性能和飞行性能。
气动设计是航空器设计中的重要环节，它包括了气动外形设计和气动参数设计两个方面。
首先是气动外形设计。
气动外形设计是指根据航空器的功能要求、飞行任务和性能指标等，选择合适的外形形状，设计出符合气动原理和流体力学要求的航空器外形。
在气动外形设计中，需要考虑航空器的阻力、升力、操纵性、稳定性、抗颠簸性等气动性能指标，同时还要考虑排雷、制导装置、起落架等其他综合因素。
气动外形设计的关键点是降低阻力、提高升力和控制飞行姿态。
为了减小航空器在飞行过程中所受到的阻力，设计师会采用空气动力学原理，通过改变航空器的体积形状、表面形态和流场控制来控制航空器的阻力。
例如，采用翼型、流线型的设计，避免了空气的迅速通过，并减少了阻力。
同时，为了提高航空器的升力，设计师会通过改变机翼的面积、展弦比和翼型等来提高机翼的升力系数。
此外，为了控制航空器的飞行姿态，如保持稳定性、操纵灵活性，设计师还会在航空器尾翼、机身尾部等位置设置动态稳定装置。
其次是气动参数设计。
气动参数设计是指根据航空器的设计要求和性能指标，确定航空器的气动参数，包括升力系数、阻力系数、升阻比、气动力矩等。
这些气动参数对于航空器的飞行性能和操纵性能有着重要的影响。
通过合理地选择与设计气动参数，可以使得航空器在飞行过程中具有较低的阻力、较高的升力和良好的稳定性，从而提高航空器的飞行性能和安全性。
气动设计与优化的目标是通过合理的设计和优化，最大限度地提高航空器的气动性能和飞行性能，在满足设计要求和性能指标的前提下，尽可能降低航空器的阻力、提高升力和保证飞行的稳定性和操纵性。
为了达到这一目标，可以采用以下几个方面的优化措施：1.优化航空器的外形。
可以通过优化航空器的机身形状、机翼形状、尾翼形状等，减小流体阻力，提高机翼的升力系数，改善航空器的气动性能。
大型客机气动设计综述_陈迎春
航 空 学 报Ｊａｎ．２５ ２０１９Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．１Ａｃｔａ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａ ｅｔ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ ＩＳＳＮ １０００－６８９３ ＣＮ １１－１９２９／Ｖｈｔｔｐ：／／ｈｋｘｂ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ ｈｋｘｂ＠ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ引用格式：陈迎春，张美红，张淼，等．大型客机气动设计综述［Ｊ］．航空学报，２０１９，４０（１）：５２２７５９．ＣＨＥＮ Ｙ Ｃ，ＺＨＡＮＧ Ｍ Ｈ，ＺＨＡＮＧ Ｍ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａ ｅｔ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１９，４０（１）：５２２７５９（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）．ｄｏｉ：１０．７５２７／Ｓ１０００－６８９３．２０１８．２２７５９櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒毃毃毃毃大型客机气动设计综述特约陈迎春１，张美红２，３，＊，张淼３，毛俊３，毛昆３，王祁旻３１．中国商用飞机有限责任公司，上海 ２０１２００２．西北工业大学航空学院，西安 ７１００７２３．上海飞机设计研究院，上海 ２０１２１０摘 要：中国大型客机研制过程中追求“三减，四性”：减阻、减重、减排，安全性、经济性、舒适性、环保性。
中国大型客机采用翼下常规布局形式，放宽静稳定技术，发动机选用ＣＦＭ公司Ｌｅａｐｘ－１Ｃ发动机，这对气动设计技术在工程适用性上提出了极高的要求。
大型客机是中国第１架完全自主知识产权民用飞机，本文综述了其设计过程中采用的先进气动优化设计方法、ＣＦＤ分析和充分的风洞试验验证，说明了超临界机翼设计、高效增升装置设计、飞机／发动机一体化设计、尾翼设计、翼梢小翼设计和部件精细化减阻设计技术，能实现大型客机的减阻应用设计。
研究表明，中国大型客机在气动设计水平和设计方法上取得了一系列的进展和突破，实现了设计具有较强竞争力的先进民用飞机的目标。
基于伴随算子的大飞机气动布局精细优化设计
基于伴随算子的大飞机气动布局精细优化设计吴文华;范召林;陈德华;覃宁;孟德虹【摘要】After decades of studies, the potentialities of traditional wing-body configuration are almost exhausted. So, it is difficult to improve the performance of the traditional aerodynamic shape of transonic civil aircraft by conventional design method. In this paper we develop ADJOINT method based on aerodynamics optimization software-ADJOPT, and the software is used to optimize the wing of a transonic civil aircraft with fuselage and nacelle, which is already optimized by traditional way. The optimization is multi-parameter, high precise and taking the influence of the fuselage and nacelle into account. The software performs well and gets obvious performance improvement. The research shows that multi-parameter optimization has the ability to exploit potentialities of a high-performance shape and increases the aerodynamic performance of it.%发展了基于伴随算子的气动布局优化设计软件-ADJOPT,并将该软件用于经过传统设计方法优化的大飞机布局上,开展全机状态下的机翼多参数、高精度优化设计,计入了短舱和机身对机翼气动特性的影响,取得了明显的优化效果.研究结果表明,多参数优化设计能够充分挖掘一个优良布局的设计潜力,进一步提高布局性能.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2012(030)006【总页数】7页(P719-724,760)【关键词】超临界翼型;参数优化;伴随算子;减阻【作者】吴文华;范召林;陈德华;覃宁;孟德虹【作者单位】中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室,四川绵阳621000;中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所,四川绵阳621000;中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所,四川绵阳621000;中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所,四川绵阳621000;谢菲尔德大学,英国谢菲尔德S3 7JJ;中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室,四川绵阳621000【正文语种】中文【中图分类】V211.30 引言在飞行器气动布局设计的后期，布局的主要特征参数和外形都已经确定，比如机身的长度、圆柱段直径、机翼的展弦比、前缘后掠角、根梢比、截面最大厚度，机翼面积，尾翼位置及面积等。
飞机的气动布局
从人类第一架飞机“飞行者一号”开始，飞机气动布局发展就与鸭式布局结下了百年的渊源。
一直以来，鸭式气动布局被视为优点和缺点同样突出的气动布局，让飞机设计者们既爱又恨。
似乎已经形成了这样一个观点，那就是鸭式布局作为一种“旁门左道”的航空技术，无法撼动常规布局在战斗机设计中的主流地位。
而中国歼二十的亮相和首飞无疑推翻了这个论调，采用鸭式布局同样可以攀登上最先进战斗机的巅峰。
“丑小鸭”：早期鸭式布局实践人类第一架飞机“飞行者一号”采用的就是鸭式布局。
在人类刚刚接触飞机设计的时候，非常自然的想到，在机头设置控制翼面，翼面上偏，飞机抬头，翼面下偏，飞机低头，从而实现飞机的俯仰控制。
但是在飞机技术发展过程中，航空先驱者们发现，鸭式布局这个看似简单直接的气动控制手段，在工程应用的时候带来相当多而且凭借当时技术手段基本无法解决的问题。
第一，鸭翼上偏在提供升力或者抬头力矩的同时，干扰了后面主翼的流场。
鸭翼上偏或者设计成平飞时也产生升力的时候，由于升力产生的本质就是鸭翼上下表面的压力差，鸭翼上表面形成的低压区碰巧在主翼的位置，而且部分低压区产生在主翼之下。
这样就相当于降低了主翼下表面压力，从而降低了主翼升力。
第二，鸭翼的攻角是飞机攻角与鸭翼偏转角度的叠加，鸭翼偏转角度稍大就会因为迎角过大而失速，飞机迅速失去抬头力矩。
这就相当于限制了飞机俯仰操纵能力，由此带来飞机最关键的盘旋性能的下降。
第三，鸭翼带来严重的非线性操纵问题。
鸭翼在进行俯仰操纵的时候，鸭翼的偏角与飞机的俯仰角速度有着非常复杂而且非线性的控制关系，只在小迎角范围内存在近似线性的控制关系。
这样复杂的控制律除非采用计算机进行控制否则飞行员只能在非常小的迎角范围内稳定控制飞机。
第四，鸭式布局给飞机的俯仰力矩很大，需要主翼襟翼提供相应的配平力矩。
俯仰力矩大本来对于强调高俯仰速率的战斗机是有益的，但是高俯仰力矩需要主翼襟翼有足够的力矩去配平。
一旦飞机迅速拉起迎角，如果襟翼不能遏制飞机的上扬趋势，飞机就会进入上扬发散，紧接着就是失速尾旋。
垂直起降飞机新型气动布局设计分析
垂直起降飞机新型气动布局设计分析王红波;祝小平;周洲;张阳【摘要】针对常规垂直起降飞机起飞阶段存在的不足,基于螺旋桨滑流诱导增升的设计思路,提出了翼上螺旋桨布局和耦合动力的双层翼布局以提高全机在巡航、悬停、垂直起飞状态下的气动性能.采用CFD数值模拟方法研究分析了在二维流动情况下不同布局参数对2种新型布局气动力的影响规律.计算结果表明:通过合理利用螺旋桨滑流,2种布局的升力系数相比于常规拉力螺旋桨布局均有明显的提升,最大升力系数增量可达14.8%,而阻力系数则急剧减小并出现了负阻力值.在零来流速度条件下,耦合动力的双层翼布局依靠螺旋桨滑流的加速效应能够对翼面诱导出升力,从而可最终减小全机在悬停、垂直起飞阶段的功率需求,这一结果证明了利用滑流诱导增升的思路是可行的.%According to the assumption making use of the propeller slipstream to increase the lift of the aircraft, two new configurations, i.e., the over-the-airfoil propeller aerodynamic configuration and the new double airfoil configuration coupled with a propeller, are investigated for the purpose of improving the performances of the vertical take-off aircraft during the phases of cruise, hovering and vertical take-off.The Computational Fluid Dynamics (CFD) technology is utilized to investigate the change regulations of these two new configurations affected by the configuration parameters in a two dimensional flow The simulated results indicate that the lift coefficients of these two configurations can be apparently augmented by using the propeller slipstream correctly and the maximum of the lift coefficient increment can be achieved by 14.8%.However, the drag coefficients arereduced significantly, even to be a minus value.With a zero free stream velocity, the axial acceleration of the propeller slipstream still has the ability of inducing some lift on the airfoil for the propeller-coupled double airfoil configuration, as a result, the necessary engine power at the phases of cruise and vertical take-off can be decreased ,respectively.Meanwhile, the generation of the induced lift can proof that the assumption described above is practicable.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2017(035)002【总页数】8页(P189-196)【关键词】垂直起降;滑流增升;翼上螺旋桨布局;耦合动力双层翼布局;负阻力;诱导升力【作者】王红波;祝小平;周洲;张阳【作者单位】西北工业大学航空学院, 陕西西安 710072;西北工业大学无人机特种技术重点实验室, 陕西西安 710065;西北工业大学无人机特种技术重点实验室, 陕西西安 710065;西北工业大学航空学院, 陕西西安 710072;西北工业大学无人机特种技术重点实验室, 陕西西安 710065;西北工业大学航空学院, 陕西西安710072;西北工业大学无人机特种技术重点实验室, 陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】V211垂直起降技术兴起于上世纪五六十年代，美国、前苏联、英国等军事强国都对垂直起降战斗机进行了大量的研究与设计，但由于技术难度较大，真正设计定型的型号十分稀少。
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一ｌ＿斧缀
黄倥 北宋舫空肮＊大学教接博±生 导师。现任北航航空科学与工程学院 飞机幕书记兼副主任航空创新实践
动布局设计问题，提出我国今后民用 客机布局设计技术发展的建议。
未来大量客机设计要求
设计要求是飞机设计的依据．现 代客机ｉ５｝计要求主要包括飞机性能、 安全性，可靠性和维护性、机载系统 性能等内容．还要满足民航当局的适 航管理条例要求。比如．空客公司 Ａ３８０主要呆月｛增加座位的技术途径 选到客公里成本畔低ＩＯ％“上的设 汁目标；渡音公司７８７综合使用复合 材料、高技发动机、硅康监测、先进制 造丁艺等技术，满足了降低２０％燃
的开展，翼身融合布局受到ｒ伞球
广泛咒注。按ｊｌｆ｝ＮＡＳＡ的Ｎ＋３代客
机身使州脊状表面减阻属翼放宽静
稳定性和增加最大升力系数、使用多 功能结构／减少紧同件／减少襟翼整 流罩等技术降低杂项阻力．巡航升阻 比增加到２０９，但巡航马赫数村ａ降 低ｒ ６％．为０７４．在此基础上综合 使用先进复合材料结构、高涵道比低 排放涡扇发动机、轻质涂层雨蚺仓内设 施轻质化等技术得到Ｅ机精细设计 方案，使Ｅ机油耗降低“％、噪声降 １６，，ｔＢ，氮氧化物排放减少５８％，该方 案擞大改善了飞机性能，但离设计目 标有较大距离． 降低油耗的实质是减小飞机阻 力，波音Ⅲ队采Ｈ｛大展弦比机翼束提 高正常式布硒飞机的气动效率，得到 了支撑式上单翼方案。该设计方案 继续使用层流控制、机身和机翼湍流
１正常式布局 现役人型客机以及儿乎全部支 线客机都采川正常』℃布局．『Ｉ然魁到 往观冉先进客机上改进设计能仃满 足术求２５年左右的设计要求。按照 ＮＡＳＡ的殴汁Ｉ＝１标．渡音公・ｑ领导的 阿１队以波音７３７为原准机进行政进
｜殳叭ｌＦ常布描的原准飞机使Ｊ｛ｊ超临
摊英刊．巡航升阻比ｌ ８．２在原准设 汁Ｊ：综合使川ｎ然和主动层流控制、
降舵、阻力方向舵等多个舵面来控制 飞机的飞行，具有气动效率高、升阻 比太等优点。三翼面布局飞机机翼 前面有前翼，后面有平尾．综合了正 常式布局和鸭式布局的特点，操纵和 配平特性好，允许有更太的重心移动 范围，不足之处足飞机的总重有所增 加。 除上述布局外，随着未来新设计 目标的提出，飞机布局也要随之创 新，近年来提出了一些新概念布局形 式．如翼身融合、斜翼、连翼、环翼、变 体等。 在拟定飞机设计要求后，总体设 计中的重要丁作之一就是进行飞机 气动椎局ｉ殳计。一般束说．对于相同 的设计要求，不同的没计单位可能得 出不同的飞机布局形式，即飞机布局 设计具有非唯一性特点。飞机气动 布局设计首先通过多种气动布局方 案的对比研究，选出最优布局。此外． 气动布局设计还要确定冀型和机鬟 平面形状参数，机身外形、尾翼的布 置和参数、发动机及其进排气系统布 置、起落架布局等。
２８航审督造技术－２０ｌＯ年笨１９斯
万方数据
机｝殳汁目标，渡音公司挪队也进行冀 身融合布局方案设计，该方案主要 采用机翼和垂尾的层流控制、机身和 ＃ｌ翼湍流部分的脊状表面、降低杂项 阻力和低干涉吊舱等气动设计技术，
Ｍａ０
注和借鉴， （１】嵌入式发动机的乏翼面布 局。这种气动布局形式除三翼面布 局的特点外．具有噪声屏蔽、降低发 动机吊舱阻力和减少浸湿面积，可能 部分吸＾机身附面层的优点，但存在 推力损失和机翼结构复杂等挑战。 （２）连翼柑腾，这是种非常 规布局形式，具有小结构重量，低机 身阻力、良好的跨声速气动性能，不 足之处是由于浸湿面积增大和部件 之间的干扰使飞机零升阻力增加、发 动机和翼面布置不能对发动机噪声 产生遮挡效应。
下巡航升阻比达
到２５ ９７．配装使
Ｈ｛先进发动机技 术的非常高涵道 比涡扇发动机．町 降低｝ｆＩｉ耗４６％、噪 声２２ｄＢ、废气排
‘蔓
构零件和毪接紧同件数挝．除降低 结构重壁外．还可极大改善飞机的可
维护性
放７２％，但巾于 翼展过长，考虑机 场适应性和减重使用了斜支撑和机 翼折叠，带来折叠机构的复杂性和整 个机翼结构重最的不确定性。 诺斯罗普・格鲁门公司领导的 团队以渡齑７３７—５００为参照．开展 了一系列研究下作，在气动布局形 式选择方面．浚朋队经过若干布局Ｊ： 的创新世【｜，最后的汀选方案叫到ｒ ＩＦ常式布埘该Ａ案主要使川层流 控制，起落架档洫罩（也有降噪功能Ｊ 等气动设计技术 与波膏７３７—５００ 相比，机翼历掠角ＪＪｎ大１－、展弦比 增加６Ｉ％、樊载简减少２９％．巡航升 阻比接近２０，但巡航高度增 加到１３７００ｍ。由于罗・罗 公司显刚队成员，该方案重 点使用ｒ三转子超高强道 比（１８）涡扇发动机以及后 掠Ｍ扇叶片压气机流动控 制、形状记忆台金喷ｕ等相 关先进技术。此外．竣方案 使用了大型一体化编织和 缝合复合材料结构．超高性 能纤维、主动气弹控制．进 气道隔声衬套ｌ硪纳米管电 缆等先进技术．达到了降低 噪声６９ ６ｄＢ、油耗６３ ５％、 废气排放９０６％的性能指 标，『司时可使用１５００ｍ的备 用机场跑道．基本卜达到了 ＮＡＳＡ的｜殳ｉｔ目标，不过该
优化等方面加强环境保护；从降噪
和人性化客舱设计等方面提高乘坐
万方数据
的舒适性。空客公司也提ｍ了下～ 代民机发展的战略目标．明确了更安 全、更经济，更环保和更舒适的设计 思想。 针对未来航辛环境．美国航空航 天局（ＮＡＳＡ）于２００８年１０月请求１。 业抖部¨和学术单位对满足２０３０年 代能源效率，环境和运营目标要求的 未来商埘飞机的先进概念进行研究， 即Ｎ＋３代客机计划．也就是在２０～２５ 年之后投入使用、比现役客机先进ｔ 代的飞机。Ｎ＋３代客机的初步设计 目标如下： （Ｉ）Ｅ行噪声比现在使Ｈｊ的联 邦航空管理局噪声标准低７ｌｄＨ．当 前的标准在机场边界内容纳丁部分 有害噪声： （２）氮氧化物排放比现在标准 减少７５％以上，现在使用的国际民 航组织航空环境保护第六阶段标准 旨在改善机场周边的空气质量； （３）燃料消耗降低超过７０％．以 此降低航空旅行的温室气体排放干¨ 旅行成本； （４）具备在夫都会地区优化使 用多个机场跑道起降的能力，以减轻 空中交通拥堵和延误，具体说就是要 能在１５００ｍ长的备用机场跑道起落： 根据以卜没计要求．由渡音公 司、诺斯罗普・格鲁门、麻省理Ｊ．学 院牵头的３个团队完成了Ｎ＋３代亚 声速大型客机第一阶段的研究工作， 下面将参照ＮＡＳＡ未来客机的设计 要求讨论大型客机的气动布局设计。
加１０年第”期・航空翻造拄术２７
飞机气动布局
飞机的气动布局是指飞机不同 气动承力面的安排彤式。飞机一般 由机翼、机身、尾翼和起落架四大部 件构成其气动外形，机翼用来产生克 服飞机重量的升力，也可装载燃油和 安装发动机和／或起落架；机身提供 装载空间和飞机其他部件的安装基 础；尾翼用于保证飞机的稳定飞行 和提供飞行操纵力矩；起落架供起
基地主任．先后主持各粪科研课麓２０ 采项发表论文５０多簟。主要研究方 向为飞机总体设计作战技能分析
随身技术。
我围Ｃ９１９夫型客机项目ｆ ２００９年通过ｒ【业和信息
段．主要部件和系统的供虚商已基本 确定，并采取台资、联合研发与研制、
２６航审秘造拄术－２０ｌＯ年第１９聊
中围商用飞机有限责任公司的 Ｃ９１９客机巳完成气动布局设计．采 用正常式布局，在翼型、冀梢、发动机 短舱、前机身等方面使朋了先进的空 气动力和声学设计技术，气动性能指 标比现役同级＊’ｌ飞机有所提高，由 以上讨论可以看出．要以现有成熟技 术１ｊ未来ｎＴ顾知技 术使大型客机同时 满足未来２５年左右 的设｝｝目标是非常 困难的，必须以发 展．前瞻的眼光来看 待未米客机的创新 Ｍ题，为提高我国未 来大型客机的设计 水平段其市场竞争 力，在飞机气动布局
通过以上分析．由于各自的优缺 点．每一种创新气动布局部堆以Ｉ司时 满足ＮＡＳＡ未来Ｎ＋３代客机的设计 目标．
７４巡航马赫数下的升阻比达到
２６６，高ｒ正常式佰局方案，加之非 常商涵道比涡扇发动机，先进结构材 料和工艺、噪声屏蔽设计等技术的应 用．波音翼身融台布局方案降低油耗
４３
我国客机气动布局设计的发 展建议
万’・＇
Ｉ：
北京航空航天大学黄俊
安全性、经济性、环保型和舒适性仍然是下一代大型 客机发展的主要设计要求，也是客机的评价准则体系。
转包生产等形式与供应商台怍．以期 实现飞机零部件生产的本土化以及 降低Ｅ机的直接使用成本。本文将 以来来大型客机为背景，重点探讨气
油消耗的设计要求，同时改善了飞机 的舒适性和可维护性；我国ｃ９１９的 设计目标是在性能指标与现役同级 别先进客机相当的前提下，直接使儿ｊ 成本同比降低１０％。 安全性、经济性、环保型和舒适 性仍然是下一代大型客机发展的主 要设计要求．也是客机的评价准则体 系。波音公司将重点从气动、推进、 材料和系统技术人手，力网从提高摊 进系统Ｉ『靠度、材料、电击保护、结构 和系统健康监测等方面增强Ｅ机安 全性，从减少耗油率和维护赞Ｊｎ，减 轻材料和结构重量降低制造成本等 方面提高飞机的经济性，从降低推 进系统噪声，减少排破物¨染、能源
未来客机气动布局设计
要同时实现ＮＡＳＡ提出的Ｎ＋３ 代客机在油耗、废气排放、噪声以及 机场适应性方面的设计目标确实是
件非常困难的事情，必须从多方面人
手，综合利用各种新技术成果。客机 的气动布局设计实质上是飞机空气 动力的总体设计，其科学依据主要是 空气动力学，这自然是飞机设计的核 心内容，对于实现未来客机的设计目 标起着关键作用．但只通过气动布局 设计是远不能解奂所有问题的，需要 有先进推进、材料、工艺等技术的支 撑。发动机是未来客机的关键．发动 机效率的提高直接带来油耗、废气排 放，噪声方面的收益；轻质高效新材 料的使用可减轻飞机结构重量，降低 客机巡航飞行时的需用推力；新的 结构设计和制造工艺可减少飞机结
飞、着陆及地面滑行和停放使用。由 此可以看出，机翼是飞机的主要气动 承力面，巾平尾和立尾组成的尾翼是 飞机的辅助气动承力面。简单地说， 飞机机翼和尾翼的不同安排就构成 ｒ飞机的气动布局。传统飞机的气 动布局有以ｒ几种形式。 （１）正常式布局：水平尾翼位于 机翼之后的布局形式，足现代Ｅ机采 用最多的布局，积累的知识和发计经 验最为丰富。ｂ机正常飞行时．正常 式布局的水平尾冀一般提供向下的 负升力．保证飞机各部分的合力矩平 衡，保持飞机的静稳定忖：。现代大 型客机全部采用这种布局形式，如 １９５７年首飞的渡音７０７客机和１９９１ 年首Ｅ的空客公司Ａ３４０客机气动 外形比较，它们几乎没多大区别，最 新型的波音７８７和空客Ａ３５０也采 用类似布局。 （２）鸭式布局：水平尾翼位于机 冀之前的布局形式。鸭式布局是飞 机盟早采用的布局形式，荣特兄弟设 计的飞机就是鸭式布局，由于鸭翼提 供的不稳定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，这种布 局升力效率高，难点是鸭翼位置的选 择和大迎角时俯仰力矩上仰的问题。 （３）无尾式布局：只有机翼、元 平尾、有立（垂）尾的布局形式，一般 采用大后掠的三角机翼，用机翼后缘 的襟副翼作为纵向配平的操作面。 配平时，襟副翼的井力方向向下，引 起升力损失．同时力臂较短。效率不 高。为解决操纵困难和配平阻力大 的问厢，无尾式布局的飞机通常采用 机翼扭转设计。这种布局的优点是 结构重量较轻、气动阻力较小。近年 来，在上述３种典型布局的基础上． 又发展了飞翼和三翼面布局形式。 （４）飞翼和三翼面布局：飞翼飞 机只有机翼、没有平尾和立尾，一般 采用翼身一体化设计．也没有明显的