飞机总体设计
飞机总体设计 - 设计过程及算例
无人机整体设计算例之杨若古兰创作任务请求：飞行高度：30-200m，飞行速度：40-90km/h，巡航速度：18m/s，最大飞行速度28m/s，爬升率4m/s，续航时间：1h ，最大过载1.7，任务载荷分量：0.5kg，背包式运输，发射方式：手抛式，回收方式：机腹着陆设计过程：无尾规划【方法：参考已有同类无人机】确定规划方式：主如果机翼、垂尾、动力、起落架等.（1）机翼根据经验或同类飞机确定：展弦比 5.5-6，尖削比 0.4-0.5，后掠角 28°°，安装角2°展弦比【展弦比增大，升致阻力减小，升阻比增大】【展弦比增大，弦长减小，雷诺数降低，气动效力降低】【展弦比增大，弦长减小，翼型厚度减小，机翼结构分量上升】尖削比【尖削比影响升力展向分布，当展向升力分布接近椭圆时，升致阻力最小，低速机翼普通取0.4-0.5】后掠角【后掠角添加，横向波动性增大，配下反角】【后掠角添加，尾翼舵效添加】【后掠角添加，纵向阻尼加强，纵向动波动性加强】下反角【上反角添加，横向波动性添加，下反角相反】安装角【巡航阻力最小对应机翼的迎角，通用航空飞机和便宜飞机的安装角大约为2°，运输机大约为1°，军用飞机大约为0°，在当前的设计阶段，可通过气动计算来检查设计形态所须要的机翼实际的安装角.】机翼外型草图（2）垂尾垂尾方式：翼尖垂尾尾空系数：Cvt=0.04/2=0.02 【双重尾】（3）动力零碎方式电动无人机推进零碎安装地位次要有：机头拉进式、机尾推进式、单发机翼前缘拉进式、双发方式、单发机翼后缘推进式.上面研讨各种安插方式对规划设计的影响.动力方式利益缺点实例机头拉进式螺旋桨前方进气波动未被干扰；容易实现重心地位设计；手抛发射不会对发射员形成风险；排气被机身和机翼禁止，影响动力零碎的效力；回收降落时，电动机和螺旋桨容易触地损坏机尾推进式机头可以安装任务设备；螺旋桨也不容易在着陆时触地损坏；对螺旋桨的干扰较小；重心配置在设计重心点非常困难；单发翼前缘拉进式电动机不在占用机头地位；以便在机头安装任务设备；机身的阻力会发生一个较大的低头力矩；过高的机身也增大的结构分量，浸润面积也比较大双发翼前缘拉进式机头安装摄像设备安插须要两台电动机，添加了零碎的复杂性单发机翼后缘推进式机头安装摄像设备螺旋桨的滑流直接吹在尾翼上，形成无人机的波动性变更2.无人机升阻特性（极曲线）估算前面确定了机翼的基本参数，要确定无人机的具体机翼参数，还须要晓得“起飞分量”、“翼载荷”，然后进行规划缩放.确定起飞分量，关键是电池分量，电池分量由飞机须要的能量决定，能量由飞机升阻特性决定.升阻特性由飞机规划方式决定，可参考同类飞机，进行初步估算.（1） 零升阻力系数2.X（一张纸打比方）【参考面积统一为机翼面积】对于机翼、尾翼，普通以翼型最大绝对厚度为基础计算. 也能够直接根据各类飞机的统计值，拔取参考值.（2）升致阻力因子至此，可以估算得到飞机的极曲线 （3）飞机极曲线如果飞机分量晓得，获得了升阻特性，根据速度可以得到功率需求，根据航时请求可以得到能量请求，即：起飞分量决定功率能量但是起飞分量次要包含机体结构、任务设备、动力安装、电池.而电池分量又决定它包含的能量的多少.即：功率能量决定起飞分量确定其中一个须要依附对方，从而提出功重比的概念.起飞分量决定机翼大小，机翼大小又决定起飞分量，从而提出翼载荷的概念.根据功率需求，可推出飞机功重比与翼载荷的束缚分析方程：普通情况下，可先根据经验值确定翼载，然后在无人机巡航、爬升、盘旋、最大飞行速度等多个工况下，由翼载计算功重比.表4-1 无尾规划小型电动无人机参数统计代入上式，可得到巡航形态爬升形态：手抛速度V=10m/s：V=0.5（人手抛速度+巡航速度）=12m/s，Vy=4m/s：巡航盘旋形态最大平飞速度形态后根据一些限制条件（起飞距离.....），找范围，确定响应满足条件的翼载和功重比若干组.子与任务设备..（1）飞机结构分量.普通起飞分量在几公斤范围内的小型无人机结构分量系数在0.25-0.35范围内，作为初步分析，可取为0.3.惯例飞机品种结构分量系数（2）动力安装分量动力安装包含电机、减速器、螺旋桨等.电动飞机起飞分量不随飞行发生变更.推导过程：力安装的比功率（功率/动力安装分量）.这一参数可以取统计值.【分析：最大功重比为48.4w/kg，小型手抛电动无人机分量不大于5kg，是以，最大需求的功率：250W】注：通常手抛电动无人机300w的电机分量约为100g，电调约为50g，电机与螺旋桨连接器为30g.从而有，动力安装的分量约为（3）电池分量电池分量=能量/能量密度..因为飞机在爬升段须要较高功率，在飞行高度不高（绝对地面<200米），爬升段时间短，可以忽略，飞行中巡航段时间最长，下滑段可螺旋桨效力巡航速度.综上可得：电池分量表达式为螺旋桨效力：在未知转速的前提下，可以利用已有的小型螺旋桨效力-速度曲线，预选一个初值.在起飞爬升段，从而得到：另外，还须要晓得电池特性：实际比能量与平均比功率上图可以利用电池的放电特性曲线：电压-放电时间曲线（分歧电流下）.（怎样转换，上网查，斜率是放电时间）从上图中可以看出，MH-Ni比能量较低，但比能量随着比功率增大变更较小，适合大功率短时间情形，即适合飞行时间短、速度大的飞行器.LiSO2比能量高，但比能量随着比功率增大敏捷降低，适用于小功率长时间情形，即适合飞行时间长、速度小的飞行器.是以，本方案拔取LiSO2电池，根据航时请求为1小时，斜线与曲线交点得到，比能量：180Wh/kg，比功率：120W/kg.另外，也能够根据统计来取值电池的比能量比功率统计.（4）飞机的起飞总分量.综合前面可得：主如果根据曾经确定的无人机整体参数及功能参数，确定无人机的需用功率，根据需用功率拔取合适的螺旋桨和电机.（1）需用功率/推力曲线无人机作定常平飞时，须要的功率.海平面下平飞需用功率曲线海平面下的飞机需用推力（2）螺旋桨拔取请求：昌敏：以推力作为目标，以巡航作为设计点a、螺旋桨必须在全部飞行速度范围内，提供足够的推力，以满足功率需求.最大飞行速度下，功率需求最大，螺旋桨的最大转速功率要大于最大平飞需用功率.b、电动无人机以巡航速度飞行时间最长，努力实现螺旋桨在巡航速度下效力最大化，且螺旋桨可用功率大于且接近其需用功率.从平飞需用功率曲线可知：最大需用功率为：43.4W，响应推力为：1.55N.（可以自已设计桨，也能够选择现有的桨） 根据经验选择若干桨. 桨的螺距、直径已知.螺旋桨的拉力系数、扭矩系数、功率系数： （【注：转速用r/s 】 以上参数须要通过实验测量、PropCalc 软件仿真来获得.第一步：通过实验获取前进比J=0（V=0普通情况下，通过六分量天平测试分歧转速n下的螺旋桨的拉力T ，通过电压电流测螺旋桨的功率P ，从而可得到J=0所选桨的螺距6吋、直径8吋 （1英寸=0.0254米）（留意：空速范围要覆盖所设计无人机的飞行速度范围，转速固定为10000r/min ）【方法一】查文献，找桨的C -V （C -J ），C T -V （C p -J ）曲线.利用文献桨与所选桨在V=0C p -V ，C T -V 曲线平移，得到所选桨的C p -V ，C T -V 曲线（次要缘由：目前没有折算公式）.【方法二】通过仿真软件PropCalc 计算，并结合静态结果批改 【方法三】风洞测试所选桨的螺距6吋、直径8吋 （1英寸=0.0254米）-前进比曲线.以“巡航速度效力最高，各速度效力普遍较高”为原则，确定所选螺旋桨.（或改进螺旋桨，再提高效力.） 【注：转速不变，空速变更，相当于改变前进比，也能够用6000转，出来的曲线折算为前进比后，应当是分歧的】绝对值没关系】【分析：从上图中可以看出，螺旋桨最高效力为0.75，对应前进比约为0.5-0.8之间，效力都在0.7以上.这一效力最好在巡航速度下出现.同时可根据最高效力，可选择最好的螺旋桨】第四步：利用C p 计算最大飞行速度下的最大转速功率P ，并进功率校核.（多个桨则可以的选择：大于且接近需用功率）.（V, n ）对应下功率P 数据>最大平飞功率/最大效力.（如果多桨，则可以根据功率情况进行选择，以”可用功率>需用功率且两者接近”为原则，排除一部分）【分析，可在最大飞行速度下，螺旋桨功率满足大于且接近的请求.最小功率需求是在12m/s下为13W，在12m/s下，螺桨最小转速功率为29W，较为接近.】第五步：一旦选定螺旋桨，则根据巡航速度V下的效力最大化确定巡航最好转速.（这就为电机选择提出了请求）a.巡航形态昌敏做法：.为电机选择作输入，拔取效力最高的电机.电机最大工作电压16.9V下，计算分歧速度下的可用推力或功率，进而确定最大最小飞行速度，即速度范围.须要迭代计算，迭代出合适的转速.效力就不考虑了. %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%巡航速度：18m/s❶功率校核：（实际上不必校推力，只需功率即可）以n=9600r/min为巡航转速，效力最高，但螺旋桨功率过高，不匹配，分歧适.【降低转速，损失一点效力，换取功率】❷取n=7500r/min，J=0.7087，效力为ƞ=0.72，功率校核：❸取n=6000r/min，J=0.8858，效力为ƞ功率校核：螺旋桨功率缺乏，舍去.【分析：如果想定在此效力、转速，则需优化气动特性，改进升阻比，降低需用功率.】❹取n=7000r/min，J=0.7593，效力为ƞ功率校核：❺反复迭代，约6900转为最好转速，可以满足效力与功率兼得.巡航最好转速:n=6800r/min，J=0.7816，ƞ功率校核：【分析：如果想进一步提高效力，则需换桨，是以要筹办尽可能多的螺桨作为备选桨.如果选择了效力最高的桨，仍想再提高效力，则须要改进飞机升阻特性.也就是说，一方面改桨，一方面改飞机升升阻特性】【总结：为何不克不及用需用功率、推力反推转速，因为这是一个隐式关系，没法事前确定Ct,Cp】飞机需用功率：43.4W，飞行速度：28m/s❶由前面的功率-转速-速度表可得出，取转速n=162.5r/s，(9750r/min)，前进比为J=0.8480，效力ƞ=0.65，功率校核：功率缺乏.❷取n=175r/s（10500r/min），前进比为J=0.7874，效力ƞ功率校核：❸取n=167r/s（10000r/min），前进比为J=0.8274，效力ƞ功率校核：反复迭代❹取n=170r/s（10200r/min），前进比为J=0.8106，效力ƞ功率校核：最大飞行速度转速为：10200r/min任务书中：爬升率为4m/s，爬升平均速度为：12m/s12000r/min）❶取转速n=200r/s（J=0.3113，ƞ功率不接近.11250r/min）❷取转速n=187.5r/s（J=0.3307，ƞ❸取转速n=175r/s （10500r/min ）2212412.6/V m s =+=，J=0.3543，ƞ螺旋桨功率：73.6124.70.59prop ljP P W η=== 功率校核：❹取转速n=162.5r/s （9750r/min ）2212412.6/V m s =+=，J=0.3816，ƞ螺旋桨功率：73.6115.00.64prop ljPP W η=== 功率校核：❺取转速n=150r/s （9000r/min ）2212412.6/V m s =+=，J=0.4134，ƞ螺旋桨功率：73.6106.70.69prop ljPP W η=== 功率校核： 反复迭代，爬升最好转速约为：9000r/min爬升扭矩为：106.70.1132*2(9000/60)*2prop P Q N mn ππ===⋅形态 螺桨效力螺桨功率最好转速 扭矩 爬升 9000 巡航 6800 最大速10200（3）电机的选择电机的次要功能参数有：V K ，内阻m R ，空载电流0I电机的效力：propdj P UI η=选择电机的请求：巡航效力高，电机的输出扭矩：0()T Q K I I =- 电动机的电压：m V n U IR K =+电机扭矩常数与KV 值的关系：309.5T V V K K K π==根据上面公式：Q I U备选电动机的功能参数飞机巡航形态下电机的电流、电压、功率、效力【，其工作电压最大，工作电流最小.】综上所述，本方案螺旋桨采取Taipan8-6，电机采取HiMax HC2812-0650，巡航形态：桨的效力0.70，电机效力0.8157，巡航形态电机电压11.3V，电机最大工作电压16.9V，采取5节聚合物锂电池串联，电压为3.7*5=18.5，电池分量：0.31kg.近似等于与之前估计值.【注：如果严严重于前面估计值，还得从头走一遍前面的设计工作.】（1）机翼几何参数根据翼载可得：平均气动弦长：机翼视图（2）翼型的选择本方案设计的无尾规划电动无人机尺寸小，飞行速度低，雷诺数很小.翼型厚度绝对较小【不克不及太小，分量过大】.起飞和着陆段可能须要人工遥控飞行，飞机必须具有很好的天然飞行波动性，因为飞翼规划无平尾，这请求机翼具有正的零升俯仰力矩.整体对翼型的请求：S型翼型，较高的升阻比，低雷诺数下的翼型效力较高，在全部飞行速度范围内力矩线性变更.现有的小型无尾式无人机和飞翼模型的翼型有：EMX-07、MH62、E186、S5010、HS510.备选翼型通常指巡航飞行时的升力系数.】设计雷诺数：【采取几何平均气动弦长：S/B】从Cm-alpha曲线上可以看出：只要EMX07、E186零升俯仰力矩系数为正，其它的均为负，纵向配平较难.E186零升俯仰力矩系数大，但从升阻比曲线上可以看出，EMX07最大升阻比大，从CL-alpha曲线上看出，EMX07失速迎角大.从CL-Cd曲线上可以看出，在设计升力0.3457附近，阻力基本不变.而且在分歧雷诺数下，EMX07的零升俯仰力矩系数变更不大.综上分析，本方案选用翼型为：EMX-07（3）垂尾设计尾翼具体参数计算采取典型飞机的尾翼容量系数法，本方案尾容系【尾容系数*尾翼升力系数=尾翼发生的力矩系数】展弦比：2.0；垂尾后掠角：45 重尾视图（4）舵面设计小型无尾规划电动无人机大多采取升降副翼混合控制实现俯仰和偏航控制，普通在机翼后缘安插舵面，利用控制零碎实现副翼和升降舵的功能.舵面设计在前期阶段不次要，要根据后期把持功能来进一步点窜. 对速度不高的飞机，舵面绝对面积约取为0.3~0.4.副翼面积绝对机翼面积普通5%~7%；副翼绝对弦长约为20%~25%；普通副翼偏角δ，不超出25º.本方案无人机的升降副翼安插在翼尖.2后缘上下偏角±25°因为本方案飞机起飞着陆时需人工把持，所以须要有较好的静定性.即长之比.重心地位由内部装载安插确定，焦点则由气动规划确定.利用AAA飞机设计软件计算无人机的焦点位于机翼根弦前缘点后距离.（使用软件来确定飞焦点）对于本方案的飞翼规划，机翼焦点可近似为全机的焦点，具体确定后掠翼焦点的方法如下：即重心位于机翼根弦前缘点后0.1982m，重心地位确定.对于小型电动无人机，其重心地位可以根据操稳特性计算后，通过挪动电池地位来调整.（1）三维模型本方案三维数学模型的建立使用CATIA完成.三面图前视图俯视图侧视图后果图（2）内部装载安插电动无人机机身内部装载有电池、主动驾驶仪、数据传输设备、图象传输设备、窥伺设备.在机翼中段的分置见图所示.内部装载安插可以工程解析法计算，也能够涡格法ALV软件计算.估计AAA也能计算.气动特性包含飞机的升力特性、阻力特性和力矩特性.工程估算分析结果将作为功能计算的输入，用于飞行功能的分析.（1）全机升力特性分析算：.亚音速时，对于具有等翼型、线性扭转角分布的机翼，其零升迎角可用下式估计：.【注：速度低空气紧缩性不考虑，因为飞翼规划忽略机翼扭转】【注：机翼的零升迎角不是全机的零升迎角，因为存在安装角.】零升力系数【零升力系数=零升迎角*升力线斜率】通常机翼的零升力系数为机翼零升力系数与平尾升力系数之和.本方案无平尾.则.有了全机的零升力系数和升力线斜率，可以求得零升迎角：实际上，有了机翼的零升迎角，因为无尾翼，但机翼存在安装角，可知，全机的零升迎角为-2.8度.初步估计可采取下式在雷诺数差不多的情况下，干净机翼的最大升力系数通常取由二维翼型数据确定的翼型最大升力系数的90％摆布.机翼后掠使最大升力系数减小，由无后掠机翼的最大升力值乘以1/4弦利益的后掠角的余弦得到下式：对于本方案巡航形态全机的雷诺数为300000，翼型在此雷诺数下的最大升力系数由翼型选择可知.机翼最大升力对应的迎角：通过查表，查什么表？】全机的最大升力系数：全机的最大升力系数对应的失速迎角：（有点成绩，没考虑安装角）（2）全机阻力特性分析阻力分为零升阻力和升致阻力，对于低速电动机，零升阻力次要为压差阻力和摩擦阻力.a.全机零升阻力系数FF来估算飞机每一部件的亚音速零升阻力.然后用因子Q来考虑部件阻力的彼此干扰，FF和Q的乘积.【可以用于计算机翼、平尾垂尾等的零升阻力系数】采取部件构成法，亚音速飞机零升阻力估算公式为：Q为干对于大部分飞机，流过部件的气流可认为是紊流，但对于低雷诺数飞行器，气流大部分可能是层流.普通地，当雷诺数在50万时，气流流过平板会从层流变成紊流，转捩点地位为:❶机翼机翼处于层流层和紊流层的摩擦阻力系数为：紊流：从而，机翼的平板摩擦阻力系数为：机翼的外形因子：CATIA三维设计图中测量，S为三视图外露平面面积】机翼零升阻力系数：❷垂尾垂尾零升阻力系数：总的废阻力还包含飞机特殊部件的杂项阻力，如襟翼、固定式起落架、上翘的后机身及底部面积，而且把估计的漏泄及鼓包阻力一路加到总阻力中.杂项阻力可以使用大量的经验图表及公式分别确定，然后把结果加到上面已确定的零升阻力中去.4%.【飞翼规划全机零升阻力系数可用机翼零升阻力系数近似，这里不计两个垂尾的零升阻力系数】全机零升阻力系数： b. 全机升致阻力系数可以采取涡格法求引诱阻力因子.也能够用解析法c. 全机极曲线（3）全机俯仰力矩特性分析全机俯仰力矩由机翼和尾翼俯仰力矩构成，但飞翼规划没有平尾，则机翼俯仰力矩则为全机俯仰力矩.可以用涡格法计算.❶机翼计算机翼俯仰力矩系数的参考面积为机翼面积，参考长度取为平均气动弦长.力矩参考点取为设计重心处.机翼的扭转和平面外形.当全部机翼处于零升力迎角时，局部剖面的升力其实不都为零，会惹起附加的零升力矩.当展弦比大于2.5，后掠角小是以，机翼俯仰力矩系数对升力导数为：❷垂尾没有垂尾全机零升俯仰力矩系数为：飞机波动性是飞机设计的一项次要目标.在评价飞机波动性过程中主如果通过飞机的气动导数来判断.【请求：理解各导数物理意义，把握一种计算方法】（1）横航向静导数计算横航向静导数是指飞机因侧滑而惹起的横向力、滚转力矩和偏航力矩等系数对侧滑角的导数.a. ❶翼身组合体.小迎角时，机翼贡献是小量，机身贡献包含干扰，则积.S 为机翼面积【如何得来？】❷垂尾本机机翼两端设置垂尾，此处按照双垂尾计算：S 为机翼面积；从而，全机的横向力对侧滑角的导数为b.。
飞机总体设计参数估算
可靠性 维修性 可靠性 维修性 机场适应性 …难题
主要总体参数
• 飞机最大起飞重量: • 机翼面积: • 相对参数 :
– 翼载荷 Wto/ S (kg/m2) – 推重比 T 0 / Wto (10N/kg)
Wto（kg） S （m2）
• 动力装置的海平面静推力: T0 （10N）
爬升时升阻极曲线特性
爬升时升阻极曲线 （起落架收起，襟翼尚处于起飞状态位置）
2 2 CD = (CD )C 0 + ( KV )0 CL = (CDZ + ΔCDT ) + ( KV )0 CL
CDZ 是巡航状态的零升阻力系数；
ΔCDT 是由于襟翼打开引起的阻力增量；
KV 是诱导阻力因子，下标0代表爬升状态。
主要参数的初步确定概念设计流程设计要求适航条设计要求适航条设计要求适航条全机布局设计全机布局设计发动机选择发动机选择机身外形初步设计机身外形初步设计机翼外形初步设计机翼外形初步设计方案分析与评估重量特性气动特性动力特性性能评估操稳特性经济性分析噪声特性排放量可靠性维修性机场适应性方案分析与评估重量特性气动特性动力特性性能评估操稳特性经济性分析噪声特性排放量可靠性维修性机场适应性确定主要参数确定主要参数尾翼外形初步设计尾翼外形初步设计总体布置总体布置形成初步方案形成初步方案满足要求
代入数据： Range＝1500 n. mi a:＝576.4 Knots ( 巡航高度35000ft） C＝0.6 lb/hr/lb （涵道比假设为6） L/D＝17.6 M=0.82
Range = ⎛ a ⎞⎛ L ⎞ ⎜ ⎟⎜ M ⎟ ⎝ C ⎠⎝ D ⎠
计算得：
Winitial = 1.142 W final
确定飞机主要参数的方法
飞机总体设计分析与评估
飞机总体设计分析与评估本文将对飞机总体设计进行分析与评估，以便增进对飞机设计的理解和能力，提高飞机设计的质量。
飞机总体设计考虑的因素众多，要将这些因素协调一致，确保飞机的安全性、可靠性和效率性，是一个复杂而艰巨的任务。
一、概述飞机总体设计是一个综合性的工作。
包括气动特性、结构特性、动力特性、控制特性等多方面因素，需要考虑到现代科技的发展和运用，也要考虑到经济利益的平衡等，才能取得最佳的设计效果。
一般来说，飞机总体设计的目标是要实现飞行的效率性、舒适性、安全性、可靠性、维护性以及经济性等因素的协调。
二、气动特性气动特性是飞机设计中最关键的因素之一。
对于一个成功的设计来说，其空气动力学特性必须满足以下几个要点。
1.飞机的描绘形状需要尽量确认，以改进气动特性。
飞机描绘形状的优化可以改进飞机气动特性，提高飞机的飞行效率和空气动力学稳定性。
2.飞机的机翼布局也是影响飞机气动特性的重要因素。
机翼的主翼面积和展弦比等参数也要充分考虑，以改进飞机的升力和阻力，确定机翼的展布方案和控制面的设置，提高飞机气动效率。
3.飞机的尾部设计也是影响飞机气动特性的一个重要因素。
尾部形状的优化可以改进飞机气动稳定性，降低飞机的纵向动力过大、不稳定、失速等问题。
三、结构特性飞机结构的设计决定了飞机的强度、刚度、稳定性和重量分布等。
飞机在设计上要充分满足飞行速度、载荷、跨度、展弦比等要求，同时要考虑到经济效益。
飞机结构一般包括机身、机翼、机尾、机腹等部分。
1.飞机机身的结构设计主要满足飞行速度和载荷要求，同时要兼顾机身结构的刚度和强度问题。
为了降低飞机重量，飞机机身材质和结构设计方案也需要充分优化。
2.飞机机翼在结构设计时需要充分考虑机翼的强度、刚度和稳定性，以保障飞机的飞行安全。
同时还需要兼顾飞机的飞行效率，优化机翼结构设计，降低飞机重量。
3.飞机机尾和机腹在结构设计时，需要考虑到安全和负荷分担的问题。
这两个部件在平衡整个飞机结构方面起着重要作用，因此需要充分考虑飞机的稳定性、刚度和安全相关因素。
飞机总体设计PPT课件
经济性能设计
燃油经济性
在保证飞行性能的前提下，通过 优化飞机气动外形、减轻结构重 量、提高发动机效率等措施，降 低飞机的燃油消耗率。
维护经济性
通过采用先进的维护理念和技术 手段，降低飞机的维护成本和停 场时间，提高飞机的出勤率和利 用率。
直接运营成本
包括燃油费、维护费、机组人员 工资等直接与飞机运营相关的成 本。设计中需要考虑如何降低这 些成本以提高飞机的经济性能。
采用遗传算法、模拟退火等启发 式算法，处理飞机设计中的复杂 问题，寻求全局最优解。
利用代理模型对飞机性能进行快 速评估，减少计算量，提高优化 效率。
多学科优化方法探讨
多学科设计优化（MDO）
综合考虑气动、结构、控制等多学科因素，实 现飞机总体设计的协同优化。
分解协调方法
将复杂问题分解为若干子问题，分别进行优化 后再进行协调，降低问题求解难度。
06
确保飞机满足适航法规和标准的要求，包括噪声、排放等 环保指标。
02
飞机总体布局设计
布局形式的选择与特点
常规布局
水平尾翼和垂直尾翼都 放在机翼后面的飞机尾
部。
鸭式布局
水平尾翼位于机翼的前 面，具有较好的大迎角
特性。
无尾布局
没有水平尾翼，靠机翼 后缘襟翼或扰流片等部
件实现俯仰操纵。
三翼面布局
在常规布局上增加一对 鸭翼。
垂直尾翼
主要功能是保持飞机的方 向平衡和操纵飞机的方向 运动。
V型尾翼
由左右两个倾斜的垂直尾 翼组成，像是固定在机身 尾部带大上反角的平尾。
起落架布局设计
前三点式起落架
自行车式起落架
两个主轮对称地布置在飞机重心之后， 前轮位于机身前部。
飞机总体设计依据
➢ 作战剖面： ➢起飞－爬升 －巡航－待机 － 下降－投弹 －爬升－巡航 －待机－下降 －着陆
飞机的设计要求
❖飞机设计要求的基本内容（续） ❖任务剖面
飞机的设计要求
❖飞机设计要求的基本内容（续） ❖飞行性能 ❖最大飞行速度 ❖升限 ❖航程 ❖爬升性能 ❖加速性能 ❖减速性能 ❖盘旋性能
第3周
8 起落架布置
除位置参数外，还需确定轮胎尺寸
第3周
9 绘制飞机三面图 10 三维建模
对设计草图进行细化，形成三面图 （用Catia、AutoCAD等CAD软件绘 制）
用Catia建立三维模型
第3周 第4周
设计大作业－报告内容与要求
利用catia完成的 部分概念方案
Airbus310 Boeing757
❖方案确定
所有成员
❖ 绘图、CAD
2
❖参数选择 （部件设计） 3-4
❖重量估算
1
❖气动估算
1
❖飞行性能估算
1
设计大作业－评分标准
❖1）完整性 ❖2）正确性 ❖3）可行性 ❖4）清晰性 ❖5）汇报 ❖6）各成员表现
设计大作业－NOTICE
Whether we like it or not, we are all in this together.来源: Boeing
咨询电话：020-. 值班手机：. 网站网址：
在线文档：
飞机的设计要求
❖飞机设计要求的基本内容（续） ❖有效载荷（Payload） ❖军机（飞行员、武器） ❖民机 （机组、乘客、货物） ❖功能系统 ❖航电、安全、飞控等 ❖使用维护要求
飞机的设计要求
❖飞机设计要求的基本内容（续） ❖机体结构方面的要求 ❖正、负最大过载 ❖承受动强度、使用寿命 ❖研制周期和费用 ❖民机的经济性指标 ❖制造成本 ❖直接运营成本（Direct operating costs，
飞机总体设计
13
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
典型的剖面
其他剖面 —适合于无法采用圆形或多圆剖面的情况，如机 身剖面尺寸较小时，为了满足使用要求而必须采 用其他类型的剖面
5.1 机身初始几何参数估计 5.2 民机客舱设计与布置 5.3 民机货舱布置 5.4 民机驾驶舱布置 5.5 作战飞机座舱布置 5.6 武器装载布置
2
本讲主要参考书目
顾诵芬, 解思适. 飞机总体设计. 北京航空航天大学出版社，2001.
Raymer, D. P. Aircraft Design: A Conceptual Approach, 3rd, 1999. （89年版的中译本：《现代飞机设计》,1992） 詹金森, L. R., 辛普金, P., 罗兹 D. （著）, 中国航 空研究院（译）. 民用喷气飞机设计. 2001 《飞机设计手册》总编委会. 飞机设计手册第7卷： 民机构型初步设计与推进系统一体化设计.2000
FAR-25对视界的要求 －A310
美国机动车工程师协会（SAE）推荐 的视界图（AS580B） －A320、Boeing767
32
5.4 民机驾驶舱布置 驾驶舱的尺寸与布置
33
5.4 民机驾驶舱布置
驾驶舱的尺寸与布置
A380座舱模型
34
5.5 作战飞机座舱布置
座舱视界要求
座舱视界关系着飞机的作战效能和安全 与飞机机头及两侧的外形、座舱盖形状、尺寸和 结构及翼面布置等因素有关
战斗机座舱在机身上的纵向定位主要取决于 下列几种因素
• • • • • 视界要求 座舱空间要求 气动外形要求 设备舱布置 人员及其他要求
《飞机总体设计》电子教案2009最新版-南航-余雄庆-620页-单个PDF
飞机设计的过程
• 概念设计 ( Conceptual Design )＝技术经济可行性论证 • 初步设计 ( Preliminary Design )＝预发展（总体方案论证）
设设 计计 要要 求求
技技
术术
储储
备备
总体设计 =
概念设计 + 初步设计
概念设计
输入
• 设计要求 • 设计规范
目标
• 可行性论证：能否达到设计指标 ？ • 获得一个或几个能满足要求的初步方案
工作内容
• 确定全机布局 • 确定主要参数确定 • 选择发动机 • 分系统架构 • 确定部件主要几何参数 • 初步的总体布置 • 方案分析与评估 • 总体参数优化 • 绘制三面图
Integrated Multidisciplinary analysis and optimization
…… aerodynamics
structure performance
conceptual
preliminary
detail
飞机总体设计的重要性
总体设计影响全寿命周期成本的85％！
影 100
2000.
7.
Torenbeek， Synthesis of Subsonic Airplane Design，Delft University Press, 1982.
8. 余雄庆，徐惠民，昂海松，飞机总体设计，航空工业出版社，2000年。
9. 顾诵芬、解思适等编，飞机总体设计，北京航空航天大学出版社，2001年。
95％
响
85％
飞机总体设计的主要内容
飞机总体设计的主要内容
飞机总体设计主要包括3各⽅⾯：⽅案设计、总体参数详细设计、决策和优化。
⽅案设计
⽅案设计的输⼊在飞机设计的前两个阶段（⽬标确定和概念设计）中确定，并在⽅案设计任务书中给出，⼀般包括：
（1）装载和装载类型
（2）航程或待机要求
（3）起飞着陆场长
（4）爬升要求
（5）机动要求
（6）鉴定基准（例如：试验、航标或军⽤标准）
⽅案设计的主要任务是确定下列主要总体参数：
（1）起飞总重：飞机为了完成设计⽬标任务所需的起飞前总重量。
（2）最⼤升⼒系数：在飞⾏器的仿真计算中，升⼒求解的⼀般表达式是 Y=Cx*q*S，其中q为动压，S为参考⾯积，Cx即为升⼒系数。
（3）零升阻⼒系数
（4）推重⽐
（5）翼载
对应的，⽅案设计的内容可分为
（1）重量估算：计算起飞总重、空机重量、载重、油重等参数
（2）升阻特性估算：计算升⼒系数、阻⼒系数
（3）确定推重⽐和翼载：
（4）总体布局形式选择。
飞机总体设计课程设计汇总
飞机总体设计需要关注环保和可持续发展，如降低油耗、减少排放等，以 符合全球航空工业的发展趋势。
感谢观看
汇报人：
05
飞机总体设计课程设计的展望和发展趋势
飞机总体设计课程设计的未来发展方向
数字化设计：利用计算机辅助设计（CAD）、虚拟现实（VR）等技术 进行飞机设计
绿色环保：注重飞机的环保性能，如降低油耗、减少排放等
智能化设计：利用人工智能（AI）、大数据等技术进行飞机设计，提高 设计效率和质量
复合材料应用：采用复合材料制造飞机，提高飞机性能和寿命
案例二：某型军用运输机总体设计
设计背景：某国空军需要一款新型军用运输机
设计目标：满足运输任务需求，提高运输效率
设计过程：包括需求分析、方案设计、详细设计、试验验证等 设计成果：某型军用运输机总体设计方案，包括气动布局、结构设计、系 统配置等
案例三：某型公务机总体设计
设计目标：满足公务机市场需求，提高舒适性和效率 设计特点：采用先进气动布局，提高飞行性能 设计难点：优化结构设计，降低重量和成本 设计成果：成功完成设计，获得市场认可
课程设计的评价Biblioteka 准和方法评价标准：包括设 计质量、创新性、 实用性等方面
评价方法：采用专 家评审、同行评审、 学生自评等方式
评价内容：包括设 计方案、设计报告、 设计演示等方面
评价结果：给出综 合评价结果，包括 优秀、良好、合格、 不合格等等级
03
飞机总体设计课程设计实践
飞机总体设计的基本原则和方法
单击此处添加副标题
飞机总体设计课程设计汇
总
汇报人：
飞机总体设计文档6
• 单击此处编辑母版文本样式
2）WF：完成飞行任务所需的燃油重量 3）WPL：有效载荷
4
航空宇航学院
2.正常飞行重量 单击此处编辑母版标题样式 指飞机有50％余油的重量，在计算飞行性能时 常用此重量。 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 3.着陆重量 – 第四级
» 第五级 正常着陆重量: 通常是指飞机在有20％的余 油、50％的弹药时的重量。
◆ 3
• 第三级
航空宇航学院
其中： 1）WOE：飞机使用空重（Operating Weight Empty） WOE = WE + Wtfo + Wcrew
单击此处编辑母版标题样式
WE空机重量（Empty Weight) – 第二级 WE = WME + WFix •W ： 结构空重 (Manufacturers Empty Weight) 第三级 ME – 第四级 Wfix： 固定设备重量（航空设备、雷达等） » 第五级 Wtfo不能用的燃油重量（trapped fuel and oil） Wcrew机组人员重量
– 第二级
计算所需的燃油重量WF
• 第三级 计算可使用空重：WOE可用= WTO - WF - WPL
计算可用空重：WE可用= WOE可用 - Wtfo - Wcrew 根据WTO与WE之间的统计关系计算WE需用
– 第四级 » 第五级
WE可用 − WE需用 WE需用
≤ 0.5%
结 束
7
航空宇航学院
第一步：确定有效载荷WPL
单击此处编辑母版标题样式
民用机：旅客（75 kg） – 第二级 货机： 军用机：武器装备（机炮、火箭、导弹、炸弹） – 第四级
» 第五级
飞机总体设计纲要
飞机总体设计一：飞机研制的五个阶段：1）论证阶段；2）方案阶段；3）工程研制阶段；4）设计定型阶段；5）生产定型阶段二：初步重量估计m0：乘员m cy；装载m zz；燃油m ry；结构m kj。
三：影响翼型气动特性的主要参数：前缘半径；相对厚度；弯度；雷诺数1：前缘半径：前缘半径小，前缘在小迎角开始分离；前缘半径越小越易分离，最大升力小，波阻小；圆前沿翼型从后缘开始分离，随迎角增大分离前移，其失速迎角大，最大升力系数大，波阻也大；一般亚声速采用圆前沿翼型，超声速采用尖前缘翼型。
2：相对厚度变化对亚声速阻力影响不大，对超声速影响阻力大；直接影响飞机阻力（尤其是波阻）3：翼型弯度：最大弯度点靠前可得到高的最大升力系数。
但弯度引起翼型有较大的零升低头力矩系数，而且随马赫数增大而激增，因此高速飞机不采用有弯度的翼型。
（平尾、立尾等翼面要在正负迎角、正负侧滑角下工作，因此采用对称翼型）4：展弦比：展弦比越大，翼尖效应对机翼影响越小（A380翼尖）。
四：边条翼作用：在中等到大迎角范围，边条产生强的脱体涡，增大涡升力，控制改善外翼部分的分离流动从而提高飞机升力。
五：设计机身时要求阻力小：头部平滑收缩；要求机身长细比大，以减小超声速波阻；尾部为轴对称旋成体，收缩缓和。
而对于亚声速飞机，机身长细比过大会加大机身浸润面积而加大摩阻。
六：保证俯仰安定性和操作性的气动布局：1）飞机处于前重心位置时，满足抬前轮、起降操纵的要求；2）对静安定的飞机，在重心后有最小允许的纵向静安定度余量；对静不定飞机，可提供足够的恢复平衡低头俯仰力矩。
3）在做机动时能保证飞机达到所规定的最大过载。
七：全动平尾转轴方式：直轴斜轴（大后掠角）八：1、外挂布局形式：外部; 半埋；共形；内部。
2、外挂低阻设计：1）最佳安装高度2）最佳弹体间隔（不小于弹径）3）弹体安装角4）合理布局5）半埋悬挂6）保形悬挂九：四种气动布局特点十：外形隐身设计原则：1）消除形成角反射器的外形布局；(变单立尾为双立尾)2）变后向散射为非后向散射; (F22棱形机头)3）采用一个部件对另一强散射部件遮挡；（F22 S型进气道,F117进气道叶栅）4) 将翼面棱边安排在非重要照射方向上；（F22 平行翼边）5）消除强散射源；6）结构细节设计；（缝隙，铆钉）7）吸波涂层；（涂层厚度1/4雷达波长）十一：气动弹性问题：1）操纵面反效：增大机翼结构扭转刚度，增加翼型厚度，减小后掠角展弦比，选择合适操纵面；2）机翼发散：采用复合材料，利用其各向异性控制变形方向；3）颤振：改善气动外形结构刚度。
飞机总体设计期末整理(打印版)
一、总体1.飞机设计的三个主要阶段是什么？各有些什么主要任务？五个阶段：论证、方案、工程研制、设计定型、生产定型✈概念设计:飞机的布局与构型，主要参数，发动机、装载的布置，三面图，初步估算性能、方案评估、参数选择与权衡研究、方案优化✈初步设计：冻结布局，完善飞机的几何外形设计，完整的三面图和理论外形（三维CAD模型），详细绘出飞机的总体布置图（机载设备、分系统、载荷和结构承力系统），较精确的计算（重量重心、气动、性能和操稳等），模型吹风试验✈详细设计：飞机结构的设计和各系统的设计，绘出能够指导生产的图纸，详细的重量计算和强度计算报告，大量的实验，准备原型机的生产2.飞机总体设计的重要性和特点主要体现在哪些方面？✈重要性：①总体设计阶段所占时间相对较短，但需要作出大量的关键决策②设计前期的失误，将造成后期工作的巨大浪费③投入的人员和花费相对较少，但却决定了一架飞机大约80%的全寿命周期成本✈特点（简要阐述）①科学性与创造性：飞机设计要应用航空科学技术相关的众多领域（如空气动力学、材料学、自动控制、动力技术、隐身技术）的成果；为满足某一设计要求，可以由多种可行的设计方案。
②反复循环迭代的过程③高度的综合性：需要综合考虑设计要求的各个方面，进行不同学科专业间的权衡与协调3.飞机的设计要求有哪些基本内容？①飞机的用途和任务②任务剖面③飞行性能④有效载荷⑤功能系统⑥隐身性能要求⑦使用维护要求⑧机体结构方面的要求⑨研制周期和费用⑩经济性指标11环保性指标4.飞机的主要总体设计参数有哪些？①设计起飞重量W0 (kg)②动力装置海平面静推力T (kg)③机翼面积S (m2)组合（相对）参数④推重比T/W0⑤翼载荷W0 /S (kg/m2)5.毯式图步骤①保持推重比不变，改变翼载（x轴变量），获得总重曲线（y轴变量）②推重比更改为另一个值后确定不变，改变翼载（x轴变量），获得总重（y轴变量）。
同时需将y轴向左移动一任意距离。
飞机总体设计1
第一章 绪 论飞机设计是一门应用科学，实践性强、其理论基础广泛，它来源于实践，是几十年飞机型号设计工作实践经验的科学总结。
在逐渐发展成独立的学科以后，它反过来又用于指导飞机设计的实践。
飞机设计学科也是各项先进的航空科学技术综合应用的结果，其内容涉及空气动力学、飞机结构与强度、航空发动机、航空材料、航空电子技术、自动控制及制造工艺等多种学科和专业技术领域。
离开各项先进的航空科学技术，没有坚实的理论基础，飞机设计学科就不可能得到进步和发展。
飞机总体设计课程是飞机设计学科的重要组成部分。
§1.1 飞机设计工作的一般过程在航空科学高度发达的今天，设计一种新型的飞机，从设计方案的提出到试制生产和投入使用，一般都要经过几年，有时甚至是十几年的时间，这是一个很复杂的过程。
简单地归纳起来，飞机设计的过程一般如图1.1所示。
图1.1 飞机的一般设计过程按设计内容的粗细程度和大致的先后次序，飞机设计可以划分为3个有内在联系的不同阶段：1．概念性设计（Conceptural Design）；2．初步设计（Preliminary Design）；3．详细设计（Detail Design）。
在飞机开始进行设计之前，首先由使用部门提出或由使用部门与设计部门共同拟定设计要求，在概念性设计阶段要对飞机的设计要求进行充分分析、研究和论证，有的文献把这阶段工作称为“外部设计”。
概念性设计阶段的任务是根据飞机的设计要求，对所要设计的飞机进行全面的构思，形成飞机设计方案的基本概念，并草拟一个或几个能满足设计要求的初步设计方案。
主要内容包括：初步选定飞机的型式和气动外形布局；初步选择飞机的主要参数；选定发动机和主要的机载设备；初步选择各部件的主要几何参数；绘制飞机的三面草图；初步考虑飞机的总体布置方案并初步估算性能，检查是否符合飞机设计要求给定的性能指标，然后修改整理所拟定的初步方案，组织专门的评比和论证，选定最合理的方案，经主管部门批准后，进行下一阶段的设计工作。
飞机总体设计纲要
飞机总体设计一：飞机研制的五个阶段：1）论证阶段；2）方案阶段；3）工程研制阶段；4）设计定型阶段；5）生产定型阶段二：初步重量估计m0：乘员m cy；装载m zz；燃油m ry；结构m kj。
三：影响翼型气动特性的主要参数：前缘半径；相对厚度；弯度；雷诺数1：前缘半径：前缘半径小，前缘在小迎角开始分离；前缘半径越小越易分离，最大升力小，波阻小；圆前沿翼型从后缘开始分离，随迎角增大分离前移，其失速迎角大，最大升力系数大，波阻也大；一般亚声速采用圆前沿翼型，超声速采用尖前缘翼型。
2：相对厚度变化对亚声速阻力影响不大，对超声速影响阻力大；直接影响飞机阻力（尤其是波阻）3：翼型弯度：最大弯度点靠前可得到高的最大升力系数。
但弯度引起翼型有较大的零升低头力矩系数，而且随马赫数增大而激增，因此高速飞机不采用有弯度的翼型。
（平尾、立尾等翼面要在正负迎角、正负侧滑角下工作，因此采用对称翼型）4：展弦比：展弦比越大，翼尖效应对机翼影响越小（A380翼尖）。
四：边条翼作用：在中等到大迎角范围，边条产生强的脱体涡，增大涡升力，控制改善外翼部分的分离流动从而提高飞机升力。
五：设计机身时要求阻力小：头部平滑收缩；要求机身长细比大，以减小超声速波阻；尾部为轴对称旋成体，收缩缓和。
而对于亚声速飞机，机身长细比过大会加大机身浸润面积而加大摩阻。
六：保证俯仰安定性和操作性的气动布局：1）飞机处于前重心位置时，满足抬前轮、起降操纵的要求；2）对静安定的飞机，在重心后有最小允许的纵向静安定度余量；对静不定飞机，可提供足够的恢复平衡低头俯仰力矩。
3）在做机动时能保证飞机达到所规定的最大过载。
七：全动平尾转轴方式：直轴斜轴（大后掠角）八：1、外挂布局形式：外部; 半埋；共形；内部。
2、外挂低阻设计：1）最佳安装高度2）最佳弹体间隔（不小于弹径）3）弹体安装角4）合理布局5）半埋悬挂6）保形悬挂九：四种气动布局特点十：外形隐身设计原则：1）消除形成角反射器的外形布局；(变单立尾为双立尾)2）变后向散射为非后向散射; (F22棱形机头)3）采用一个部件对另一强散射部件遮挡；（F22 S型进气道,F117进气道叶栅）4) 将翼面棱边安排在非重要照射方向上；（F22 平行翼边）5）消除强散射源；6）结构细节设计；（缝隙，铆钉）7）吸波涂层；（涂层厚度1/4雷达波长）十一：气动弹性问题：1）操纵面反效：增大机翼结构扭转刚度，增加翼型厚度，减小后掠角展弦比，选择合适操纵面；2）机翼发散：采用复合材料，利用其各向异性控制变形方向；3）颤振：改善气动外形结构刚度。
飞机总体设计师岗位职责
飞机总体设计师岗位职责飞机总体设计师是一种高级的航空工程师，需要具备深厚的航空知识和工程经验，负责监督、指导和协调飞机的总体设计、开发和生产。
其职责包括以下几个方面：1. 制定总体设计方案。
飞机总体设计师根据客户的需求和飞行性能要求，制定符合标准和规定的总体设计方案。
这需要他们具备深刻的工程洞察力，能够将众多的技术指标综合考虑，并最终确定合理的设计方案。
2. 设计机身外形。
飞机总体设计师需要设计飞机的机身轮廓、机翼、尾翼等外形，考虑到空气动力学效应、对空气的流动、减小空气阻力等方面。
这需要他们对飞机的运动学、气动学和气动噪声等方面都有深刻的了解，并能够运用现代设计工具进行设计和仿真。
3. 确定飞机性能参数。
飞机总体设计师要对飞机的各项性能指标进行分析、计算和预测，如飞行高度、速度、载重等。
在此基础上，他们还要确定飞机的各项技术指标以及相应的试飞计划。
4. 参与飞机制造的全过程。
飞机总体设计师需要在飞机的制造、试验和维护等各个环节中发挥关键作用，确保飞机的完美外形和出色性能。
他们需要与航空工程师、飞机制造商和其他领域的专业人员密切合作，确保飞机安全和可靠。
5. 解决设计中的技术问题。
在飞机的总体设计过程中，设计师会遇到各种技术难题。
飞机总体设计师需要考虑各种可能的情况，并想出合理的解决方案。
这需要他们具备强大的判断能力、创新能力和协作能力。
总之，飞机总体设计师是一种需要具备深厚航空工程知识和熟练技术的高级航空工程师。
他们致力于确保飞机的安全，提高飞机性能和维护飞机的优良品质，并在飞机的制造和服务全过程中发挥重要作用。
现代飞机结构与总体设计
什么是飞机总体设计
各阶段的任务—原型机试制
零件进行数控机械加工
机身侧壁铆接装配
机翼壁板进行铆接
机头设备安装
什么是飞机总体设计
各阶段的任务—原型机试制
机身段进行铆接
飞机在试飞车间
来源：The catalogue of MBB "Economy and Efficiency all the way", Print in West Germany bu MBB, 5.85/1493
制图
· 用户，市场和 要求间的紧密联系 · 规范、标准等
工程设计 · 大规模的组织 · 功能上的分离
制造 · 大规模的组织 · 功能上的分离
· 详尽的实验 · 有限的原型制造
大量的图纸和参与机构
*McMasters, J. H., Cummings, R. M. Airplane Design as a Social Activity: Emerging Trends in the Aerospace Industry (Invited Paper). AIAA Paper 2002-0516.
飞机的结构
副翼和襟翼：
副翼和襟翼起的是操纵作用
操纵副翼可控制飞机的滚转
操纵襟翼可以改变飞机的升力
飞机的结构
机翼的结构
F-14 “熊猫”
飞机的结构
机身
机身的主要功能是装载人员、货物、燃油、武器、 各种装备和其它物资。 还将飞机的各个部件接成一个整体，组成了一架飞 机。有的飞机的起落架支柱也固定在机身上。
分析使用环境 拟定设计要求
建立生产线 调整试飞 稳定工艺 定型试飞 批生产飞机 试飞鉴定 否 决策 是 定型试飞 报告 决策 是 批生产飞机 交付部队 否
飞机构型设计总体
F-22
飞机构型选择的思维特点
• 创造性
– 非逻辑性思维
• 非唯一性
–虽然设计要求相同 – 但构型可完全不同
飞机构型的非唯一性（1）
• 幻影-2000
- 无尾布局型式 - 机翼形状：三角翼 - 蜂腰形机身 - 一台发动机装在机身尾段 - 机身两侧的进气道
• F-16
- 正常式的布局型式 - 切角三角形的中单翼 - 翼身融合体 - 机身腹部进气 - 一台发动机装在机身尾段
可显著地降低其侧向的“雷达散射截面” （RCS）
- 无垂尾：B-2
实例
苏27
YB-49
2 . 翼的平面形状及其 在机身上的安装位置
• 机翼的平面形状 - 直机翼 - 后掠翼 - 三角翼 - 小展弦比
• 在机身上的安装位置 - 上单翼 - 中单翼 - 下单翼
直机翼的特点
• 主要用在低速飞机 • 低速气动特性良好，诱
中单翼飞机
F-16
下单翼（客机）
为什么大多数喷气客机采用下单翼？ ✓ 机翼结构可从客舱地板下穿过
✓ 起落架短、结构重量轻、易收放 ✓ 发动机和襟翼易于检查和维修 ✓ 安全考虑：强迫着陆时，机翼可起缓冲 作用。
✓不利因素： 机身机翼气动干扰较大 机翼离地近，吊舱安装困难。 部分客舱的座位的视线被机翼遮挡
• 收集与所设计要求相近的飞机资料
飞机型号 Beech Duke B60
载荷 (lbs)
1300
起飞重量 (lbs)
6775
巡航速度 (kts)
239
航程 (n.m)
1,080
Beech Baron M58 1500
5400
200
1200
Cessna T303
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
飞机总体设计
文档介绍：
摘要
飞机设计是一项复杂和周期很长的工作，在工业部门通常分成几个阶段进行。
首先拟定设计要求，它是由使用方（军方或民航）负责。
现代军用飞机根据国家的方针和将来面临的作战环境，经过分析提出作战技术要求。
现代军用飞机从设计要求的制定到开始服役使用一般都需要10 年以上的时间，要准确预计10 年后的政治、经济、技术环境是相当困难的。
一架军用机的全寿命费用达数百亿元的量级，因而军用飞机设计要求的研究和制定是一项非常重要和影响巨大的工作。
军用飞机设计要求的研究和制定一般都由专门的机构和人员来进行。
民用飞机主要强调安全性、经济性和舒适性，其设计要求一般由飞机公司提出初步设想，经过与可能用户的商讨，并经过市场调查和分析讨论后制定的。
第二阶段是概念设计，它与设计要求阶段有重叠，因为有时要通过概念设计来使设计要求制定得更为合理和具体化。
概念设计的目的是对飞机的气动布局、性能、重量水平、航空电子、武器、所需新技术、费用和市场前景等方面进行初步和方向性的探讨。
概念设计中还有对设计要求中各项目的指标进行分析，适当降低那些对性能影响不大，但可能降低技术风险和发展费用的设计要求，有可能提出一套合理组合的设计要求。
概念设计中设计师的经验和判断力起重要作用，往往采用经验或半经验的分析方法。
第三阶段是初步设计，它包括两部分内容：方案设计和打样设计。
方案设计，首先根据设计要求在概念设计的基础上，进行多种气动布局方案的对比和研究，以及机翼、机身、尾翼的形状、设计参数的确定。
飞机的内部布置要同时进行。
这时，各个专业都要介入，如结构的传力路线设计、新材料新工艺的选用、各系统的原理设计、全机重量重心估计、飞机性能计算和飞行品质分析，检查设计方案能否满足设计要求。
飞机方案设计中充满着矛盾，要通过各种方案的研究来评价、折衷和综合，不断进行改进，直到获得一个满足要求的综合最佳方案。
打样设计，在方案设计阶段主要是确定飞机总体布局，对结构和系统的考虑比较粗略，在详细设计之前，结构和系统还需要一个初步设计的过程，这个过程为打样设计。
在打样设计阶段要进行下列工作：
（1）气动分析和风洞试验，进行全机载荷计算，性能和飞行剖面计算，操纵性和稳定性分析和气动弹性分析等。
制造不同的模型，进行高低速风洞试验，提供原始气动力数据。
（2）结构打样设计。
对主要受力部件进行初步设计和分析，选择合理的结构形式、新材料、新工艺和重量估算。
（3）系统打样设计。
对所有系统进行原理设计，确定主要附件和系统的功能和功率。
对管道、电缆进行初步设计和通路协调。
（4）全机布置协调。
一般是在全尺寸图纸上进行，画出全套协调图。
随着计算机技术的发展，全机布置协调，运动机构及间隙检查，可在计算机屏幕上进行。
（5）样机审查。
在打样设计后期要制造全尺寸样机，用户在全尺寸飞机和真实座舱环境中检查是否符合使用要求。
在样机审查批准以后，冻结设计状态，详细设计才能开始。
第四阶段是详细设计，其主要任务是：进行结构和系统的详细设计和分析，包括所有零部件设计，提供零件图、装配图、总图。
进行详细的重量估算和强度校核和最后的飞机性能计算。
进行工艺设计，制定飞机制造工艺方案，向制造部门提供生产图纸。
进行结构的静强度、动强度和寿命试验。
对系统进行地面台架模拟试验，进行飞机维修性、生存力分析和研制费用、经济性评估。
第五阶段为原型机试制。
为加快研制速度，现代飞机都制造多架原型机进行试飞。
第六阶段为试飞。
在试飞结束获得设计定型或型号合格证后才能进入第七阶段。
第七阶段为成批生产。
第八阶段为使用和改进改型。
对已投入使用的飞机进行改进改型，扩大它的功能和延长
使用寿命，世界各国都很重视这一途径。
本书将飞机总体设计分为三个方面：方案设计、总体参数设计、决策与优化。
将飞机升阻特性和飞行性能计算与分析的内容有机的融入到方案设计和总体参数设计的章节中。
第二章讨论飞机方案设计，提出飞机总体设计的第一轮迭代设计流程，其中包括总体布局及初步分析，起飞重量、翼载和推重比的计算，升阻特性初步计算，以及各种矛盾因素权衡处理方法。
第三章讨论飞机总体参数设计，介绍机翼、机身和尾翼几何参数选择，内部布置，推进装置与机体一体化设计，起落架设计等。
通过总体参数设计，进一步研究总体方案的可行性，进行方案决策。
结合实例，给出了飞机初步设计三面图。
第四章讨论飞机操纵系统的特点和基本组成，给出设计要求，分析现代高速飞机的稳定性和操纵性，增稳和主动控制技术。
介绍电传操纵和综合飞行控制的基本概念。
第五章，飞机费用和效能分析。
这是不同于飞机性能准则的另一个决定设计方案取舍的重要方面。
它包括了飞机寿命周期费用的组成和分析方法，研究、发展、试验、鉴定、生产费用和使用保障费用分析模型，民用航空运营问题。
军用飞机完成预定作战任务能力的大小，可通过作战效能进行综合评估。
本章还介绍了飞机作战效能分析的概念和评估方法，综合效能和费用的效费比分析方法。
现代飞机设计是一个复杂的系统工程，涉及到多个学科领域，各学科构成的子系统相互交叉影响。
飞机设计必须建立综合设计的思想，提高综合设计的手段。
第六章，飞机总体参数优化，详细介绍了飞机多学科设计优化方法的基本原理，学习是成就事业的基石
常用算法及分析比较，近似技术、计算流程，这里有我们的研究成果和对某通用航空飞机总体参数优化的详细分析计算过程。