机翼外形初步设计-南京航空航天大学飞机设计研究所

描述机翼平面形状的几何参数
• 参考机翼面积: S • 展弦比: AR l 2 / S • 后掠角: 1/ 4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
前缘
b/2
c尖 • 梢根比: c根
• 平均气动弦长（MAC）
把给定机翼展向各面的气动力矩特性加以平均而计算出来的等面积矩形相 当机翼的弦长，该矩形翼的力矩特性与给定的力矩特性相同。
5）对结构重量的影响：
▲ AR 增大，机翼根部弯矩增大，导致结构重量增加； ▲ AR 减小，机翼根部弦长增大，结构高度增加，有利于承力构件布置。
6）对内部容积的影响：
▲ AR 减小，有利于起落架布置； ▲ AR 减小，可增加燃油容积。
7）机翼展弦比的确定实质上是综合考虑巡航状态的升阻 比、结构重量和容积的结果。
8.95
CRJ700ER（加）
ERJ170LR（巴） 728JET（美） 福克70（荷）
66 ~78
70 70~85 70~79
23.3
26.0 26.6 28.7
68.7
72.8 75.0 93.5
7.90
9.29 9.43 8.69
喷气客机的展弦比
• 梯形比λ（taper ratio）
1）对气动诱导阻力的影响
0.5～0.2
• 后掠角（sweepback）
1）对气动特性的影响
▲ 后掠角增大，可以提高临M界数，延缓激波的产生； ▲ 后掠角增大，波阻降低； ▲ 后掠角增大，升力线斜率降低；
CL (CL ) 0 cos
▲ 后掠角增大，最大升力系数降低； ▲ 后掠角增大，低速时升阻比降低；
平均气动力弦长的几何作图法
MAC (2 / 3)Croot (1 2 ) /(1 )
b 1 2 Y 6 1

几何参数对气动特性和结构重量影响
• 展弦比AR（Aspect Ratio） 1）对气动阻力的影响
对低速飞机， AR 增大，诱导阻力减小； 对高速飞机， AR 增大，波阻增大。
可能会“自动上仰”，难于控制，影响飞行安全。
3）对结构重量的影响
▲ 后掠角增大，机翼结构重量增加。 对于战斗机：
1 W机翼 cos
4）对内部容积的影响
▲ 后掠角过大，可能会给起落架布置带来不利影响。
5）如何选定后掠角
▲ 对于亚声速飞机： =0 ▲ 对于高亚声速飞机： 或 < 15o (用于调整重心）
▲ 后掠角增加对飞机起飞和着陆性能带来不利的影响 由于升力线斜率减少，在同样攻角时，飞机起飞和着陆时的可用 升力系数降低，对飞机起飞和着陆性能带来不利的影响。
▲ 后掠角增加对飞机的加长型带来不利影响 如果只加长机身长度而不增加起落架高度，飞机的起飞角将受到 限制，可能达不到起飞升力系数的要求。
2）对操纵性的影响
机翼外形初步设计（二）
南京航空航天大学 余雄庆
概念设计流程
设计
全机布局设计 No 机身外形初步设计 确定主要参数 满足要求？ 方案最优？
设计要求、适航条例
Yes
初 步 方 案
方案分析与评估
分 系 统 发动机选择 机翼外形初步设计 尾翼外形初步设计 总体布置 形成初步方案 重量特性 动力特性 操稳特性 噪声特性 可靠性 气动特性 性能评估 经济性分析 排放量 维修性
2）对升力线斜率的影响
AR 增大，升力线斜率增大。
AR＝8
AR＝8
AR＝2
不同展弦比机翼的 C x ~ M
不同展弦比机翼的 C y ~
3）对失速攻角和失速速度的影响：
▲ AR 增大，失速攻角减小。 ▲ 减小AR，可防止大攻角时翼尖失速。
4）对稳定性和操纵性影响：
▲ AR 减小，减小从亚音速到超音速过程中气动焦点的移动量； ▲ AR 减小，降低了飞机横滚阻尼特性 。
机场适应性 ……
分析
机翼的设计的内容
• 翼型的选择与设计 • 机翼平面形状设计
• 机翼厚度分布的确定
• 机翼安装角和上反角的确定 • 关于边条翼、翼梢形状和内翼后缘扩展 • 增升装置的设计 • 副翼和绕流板的设计
机翼平面形状设计
• 描述机翼平面形状的几何参数
• 机翼平面形状设计时所考虑的因素
• 几何参数对气动特性和结构重量的影响 • 机翼平面形状的几何参数的确定
▲ 根据Prandtl机翼理论，当升力分布为椭圆形时，诱导阻力最小； ▲ 若机翼没有扭转和后掠，则机翼平面形状为椭圆形时，升力分布为 椭圆形，诱导阻力最小； ▲ 当λ=0.4时，升力分布接近椭圆形，故许多低速飞机为0.4左右。
2）对结构重量的影响
▲ λ 减小，可减轻机翼结构重量
3）对内部容积的影响
▲ λ减小，有利于布置起落架
4）对于翼尖失速的影响
▲ λ 小对防止翼尖失速不利。
5）梯形比的确定实质上也是综合考虑诱导阻力（通过影 响载荷分布）、翼尖失速、结构重量和容积的结果。
飞机类型
轻型飞机
梯形比
1.0～0.6
涡桨支线客机
公务机 喷气运输机
0.6～0.4
0.6～0.4 0.4～0.2
超声速战斗机
飞机类型 轻型飞机 涡桨支线客机 公务机 喷气运输机 展弦比（AR） 5.0～8.0 11.0～12.8 5.0～8.8 7.0～9.5
超声速战斗机
2.5～5.0
几种喷气支线客机的展弦比
飞机名称 阿夫罗RJ70（英） 乘客 （人） 70~85 机翼展长 （米） 26.3 机翼面积 （米2） 77.3 展弦比
喷气客机后掠角的统计数据
机翼厚度的分布
• 许多飞机机翼在不同展向站位上其厚度是变化的。 • 机翼根部的相对厚度通常大于翼尖的的相对厚度，以 有利于结构承受弯矩。 • 有些轻型飞机为了降低制造成本，机翼设计成矩形翼， 且翼型不变。 • 对于直机翼螺旋桨飞机，通常在翼根和翼尖分别确定 一个翼型，在二者之间翼型线性过渡。
= 2540；可以提高临M界数，延缓激波的产生。
后掠机翼“自动上仰”（pictch up）的边界图
• 给定一个后掠角时，机翼展
弦比存在一个上限，超过这个
上限可能存在“自动上仰”， 这个上限与梯形比有关。 • 机翼后掠角越大，翼展弦比 的上限值越小。 • 机翼梯形比越大，翼展弦比
的上限值越小。
• 几何参数之间的关系
如果给定： 则： 展长
S , AR, , 1/ 4
l AR S
c根 2 S /[l (1 )]
c尖 c 根
MAC (2 / 3)Croot (1 2 ) /(1 )
tg 前缘 tg1/ 4 (1 ) /[ (1 )]