飞机主要参数的确定

Wto/ S (kg/m2) T 0/ Wto (10N/kg)
4
航空宇航学院
确定飞机主要参数的方法
• 根据设计要求中的飞行性能要求确定翼载荷和推 重比 - 界限线法 - 对比分析法
• 根据飞行任务剖面图计算飞机正常起飞重量、空 机重量和燃油重量
5
界限线法
航空宇航学院
T/W
Vmax = f1(T0/ Wto, Wto/S)
P = P11000 ⋅ e 6547
T = T11000
− H −11000
ρ = ρ11000e 6360
航空宇航学院
17
航空宇航学院
确定翼载荷和推重比的一般原则
T/W
• 翼载荷的值尽量靠右 • 推重比的值尽量靠下 • 留有充足的余量
W/S
18
航空宇航学院
战斗机翼载荷和推重比的统计数据
19
航空宇航学院
P
=
P0
(1 −
H 44300
)5.24
T = T0 − 0.0065H
ρ
=
ρ0 (1−
H )4.24 44300
16
H = 11000 (m):
P11000 = 22.699 Kpa,
T11000 = -56.5 oC,
ρ
11000
=
0.365
kg/m3
H >11000 (m):
− H −11000
航空宇航学院
飞机主要参数的确定
1
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
t0I
=
1
1.2K巡ξΔϕ调
K巡 从统计数据中选取: K巡 =（0.85 ~ 0.90）Kmax
ϕ调 取0.8～0.9
25
7．按给定的起飞滑跑距离计算推重比
t0II
=
0.908 ⋅ (W / S) CL max 起飞l起滑
+
f
8．对机动类飞机
航空宇航学院
（1）按给定的爬升速度
t0III
=
⎜⎜⎝⎛
vy v
t0V
≈
1
+
n
2 y使用
2ny使用Kmaxξϕ Hϕ调
以上三种情况，如在飞行中发动机不加力， ϕ调 = 1 加力时：ϕwk.baidu.com = 1.5 ~ 2.0
27
9．选定飞机的推重比：
t0 = max⎪⎪⎪⎨⎧ttt0I0I0IIII ⎪⎪t0IV
⎪⎩
t
V 0
航空宇航学院
10．估算飞机重量Wto
11. 按所选的(W/S）和t0及所求出的值Wto，计算： 机翼面积：S = Wto /（W/S） 起飞推力：T = Wto / t0
28
注：CL,max,TO和CL,max,L与襟翼的类型有关， CL,max,TO（或CL,max,L）越大，襟翼越复杂
15
航空宇航学院
• 标准大气的参数
参数：大气压，温度，密度
H=0时： P0 = 101.325（ Kpa）, T0 = 15oC, ρ0 = 1.225 kg/m3
H < 11000 (m):
478
0.371
66 ～78
495
0.359
70 ～79
393
0.337
摘自《国际航空》，2001年第四期
20
航空宇航学院
喷气支线飞机翼载荷和推重比的统计数据（续）
型号 ERJ-145ER（巴西）
乘客人数 50
翼载荷 （kg/m2)
402
推重比 (10N/kg)
0.320
ERJ170STD（巴西）
=1M
2 巡
其中，qM=1是在给定飞行高度对应于M＝1时的速压；CL巡航按统计值。
4．对于机动类飞机，按允许使用的升力系数和允许使用的过载计算 翼载荷：
(W / S ) "' =
1 1− 0.6m油
⋅ CL允许 n y允许
q机动
其中，C L允许对应于升力系数曲线开始弯曲时的值， n L允许按强度规 范（ n L允许=0.5nLMAX），或者按飞行员生理条件的限制来确定，在机
=ρ/ρ0 ξ= Pv/Pv=0 是发动机速度特性系数 ξ= 1-0.32M + 0.40M2 - 0.01M3 CD是阻力系数
航空宇航学院
对于螺旋浆发动机：
Vmax = 42.39 ⋅ 3 (P /W ) ⋅ (W / S) /(C D⋅Δ)
其中P/W的单位是 kW/kg
（km/h）
8
航空宇航学院
• 着陆速度
航空宇航学院
Vl = 14.4
W /S CL, max,, L
(1
−
_
mR
−
_
mXH
)
（km/h）
其中：_
mR = WF WTO
_
mXH = WHX WTO
(WHX是消耗载荷)
CL,max,L着陆时最大升力系数（统计或经验）
14
航空宇航学院
• CL,max，CL,max,TO和CL,max,L统计数据
喷气支线飞机翼载荷和推重比的统计数据
型号
阿夫罗RJ70（英） 阿夫罗RJ100（英） CRJ200ER（加） CRJ700 （加） CRJ700ER （加） 福克70（荷）
乘客人数 70 ～85
翼载荷 （kg/m2)
493
推重比 (10N/kg)
0.325
110
569
0.282
50
446
0.353
66 ～78
机型 单发螺旋浆 双发螺旋浆 战斗机 喷气运输机 喷气公务机
CL,max 1.3 - 1.9 1.2 - 1.8 1.2 - 1.8 1.2 - 1.8 1.4 – 1.8
CL,max,TO 1.3 - 1.9 1.2 - 2.0 1.4 - 2.0 1.6 – 2.2 1.6 – 2.2
CL,max,L 1.6 - 2.3 1.6 - 2.5 1.6 - 2.6 1.8 – 2.8 1.6 – 2.6
Aircraft Type
T/W
Twin
0.3
Tri-jet
0.25
4-Engine
0.2
Twin Exec. Jet
0.4
SST
0.4
22
航空宇航学院
对比分析法
1. 求出在飞行过程中的相对燃油消耗量 m油
L = 1020 KM 巡 ⋅ m油 Ce平均 1 − m油
（km）
其中：L和M巡航由设计要求给定，K和Ce平均由统计数据得出。
动飞机的战术技术要求中，通常给定机动过载n L允许和速压值。
24
航空宇航学院
5．进行翼载荷的选择
⎧ (W / S)' W / S = min⎪⎨ (W / S)"
⎪⎩(W / S)"'
6. 按保证平飞的条件计算推重比：
当飞行高度H＜11000m时，
t0I
=
1
K巡ξΔ0.85ϕ调
当飞行高度≥11000m时:
L起飞 = f2(T0/ Wto, Wto/S) 升限 = f3(T0/ Wto, Wto/S) 爬升率= f4(T0/ Wto, Wto/S)
V着陆 = f5(T0/ Wto, Wto/S)
……
W/S
6
航空宇航学院
主要设计参数与飞行性能的关系
• 最大平飞速度
T
=
1 2
CD ρV
2S
对于喷气式发动机：
战斗机（喷） 6 - 9
客机（喷） 14 - 18
CJ
--
--
0.6 1.4
0.5 0.9
CP 0.5 - 0.7 0.5 - 0.7
---
ηP 0.8 0.82 ---
12
航空宇航学院
• 起飞滑跑距离
对于喷气式发动机：
LTO
=
0.816(W / S) CL,max,TO ⋅[1.02 ⋅ (T /W ) −
2. 按飞机着陆状态求出翼载荷 W/S
(W / S)'= CLmax着陆v着2 陆 211.（7 1− m油 − m消耗)
其中： V着陆由设计要求给定，CLmax着陆按机翼增升装置取统计值。
23
航空宇航学院
3. 按给定的巡航速度V或 M，算出所需的翼载荷：
(W
/
S )" =
1
−
1 0.6m油
C L巡 q M
2
航空宇航学院
内容提要
• 什么是飞机主要参数 • 确定飞机主要参数的方法
– 界限线法 – 对比分析法
• 飞机全机重量估算
3
航空宇航学院
什么是飞机主要参数
• 飞机的正常起飞重量:
Wto（kg）
• 动力装置的海平面静推力: T0（10N）
• 机翼面积:
S（m2）
• 相对参数 :
1.翼载荷 2.推重比
f
)]
（M）
对于螺旋浆发动机：
LTO
=
1.633 [(W / S ) / CL,max,TO ]3
51⋅ (P / W ) − 2 f (W / S ) CL,max,TO
（M）
其中：f 是机轮与跑道间的滚动摩擦系数 水泥：0.035 ； 草地：0.085
CL,max,TO起飞时最大升力系数（统计或经验） 13
(km)
10
航空宇航学院
其中：
K max
= (CL CD
) max
K max
=
1 2
⋅
1 DC D 0
最大升阻比 （统计数据）
； CD = CD0 + DCL2
D
=
1
πλ
D=
M 2 −1 4
亚声速 超声速
λ：展弦比
11
航空宇航学院
最大升阻比 （统计数据）
机型 单发（活）
Kmax 10 - 12
双发（活） 9 - 11
对于螺旋浆发动机:
H < 11000（M） 时
H max
=
57.82 ⋅{1− 0.72[ W
ξ 2 (T
/S /W )2
H > 11000（M） 时
CD0 ]0.0645}
(πλ ) 3
(km)
H max
=
57.82 ⋅{1− 0.728[
ξ
W 2 (T
/S /W )2
CD0 ]0.058}
(πλ ) 3
• 最大升限
对于喷气式发动机： H < 11000（M） 时
H max = 57.82 ⋅{1− 0.996[K maxξ (T /W )]−0.205}
（km）
H > 11000（M） 时 H max = 57.82 ⋅{1− 0.965[Kmaxξ (T /W )]−0.174}
（km）
9
航空宇航学院
H < 11000（M） 时
Vmax = 14.55 (T /W ) ⋅ (W / S) ⋅ξ /(CD ⋅ Δ0.15 )
H > 11000（M） 时
Vmax = 15.94 (T /W ) ⋅ (W / S) ⋅ξ / CD
（km/h）
（km/h）
7
Δ
其中：T/W的单位是10N/kg W/S的单位是kg/m2
+
1 K max
⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛
ξϕ
1
Hϕ
调
⎟⎟⎠⎞
vy—给定的爬升速度 v —给定的飞行速度
ϕH
=
⎪⎧Δ0.85 ⎪⎩⎨1.2Δ
H < 11000m时 H ≥ 11000m时
26
（2）按给定的 qmax
t0IV
≈
C D 0 qmax
(W / S)ξϕ Hϕ调
航空宇航学院
（3）按在给定的v和H下，给定的持续使用过载 ny使用
70
487
0.344
ERJ170LR（巴西）
70
507
ERJ190-100LR（巴西） 98
539
528 Jet（美）
55 ～65
425
728 Jet（美）
70 ～85
413
0.331 0.338 0.382 0.394
摘自《国际航空》，2001年第四期21
航空宇航学院
各种运输机的推重比统计数字
Typical T/W for Various Transport Aircraft