第三讲-飞机总体设计的第一次近似
飞机总体设计FuDan_SG
2.1 飞机的设计要求
设计要求的提出—民用飞机 民用飞机很难说有什么“固定客户”,因 此要发展什么样的飞机,一般由飞机公司 提出初步设想,经过与可能用户的商讨, 再制定设计要求 设计要求也需要有正确的预见性,因此必 须必须进行长期的市场调查和详细的分析 研究
37
2.1 飞机的设计要求
任务剖面
试制原型机 设计定型阶段 —进行定型试飞 生产定型阶段-少量改进,小批量生产
4
1.2 什么是飞机总体设计?
飞机设计的范围
—主要涉及论证、方案和工程研制阶段
飞机设计的三阶段划分方式
见下页
5
1.2 什么是飞机总体设计?
设计要求
概念设计
(Conceptual Design)
初步设计
(Preliminary Design)
目标:完成可实现加工的细节设计。
15
详细设计
工作内容
1. 部件设计和零构件设计 2. 各系统的设计
液压系统 环控系统 起落架系统…… 3. 详细的重量重心计算 4. 强度计算报告 5. 静强度、动强度和寿命试验 6. 系统的地面台架试验 7. 工装设计
16
详细设计
方法与手段
1. CAD 2. CAM(FEM) 3. 结构优化设计 4. 系统可靠性设计 5. 试验
29
课程评分内容与方法
设计报告 笔试 得分:
50% 50% 设计报告 + 笔试成绩
设计报告评分标准: 1)正确性和合理性 2)清晰性
30
设计报告内容
设计要求拟定 飞机布局型式的确定 飞机主要参数计算 部件外形设计 飞机总体布置 重量重心计算 气动特性分析 飞行性能分析计算 三面图 总结
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
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
飞机总体设计课件(2)
④ 鸭翼宜先失速(保证纵向稳定性),即鸭翼迎角 应大于机翼迎角。 ⑤ 鸭翼的下洗对机翼的影响必须考虑。亚音速 飞行时,鸭翼下洗所引起的机翼升力增量(方向向 下)与鸭翼的升力大致相当。近距耦合鸭式布局可
明显改善起降性能,对飞行性能的提高也是有利的。
(3) 无尾式 ① 浸湿面积小,阻力小,结构重量轻,比较适 合于以超音速飞行为主的飞机。 ② 纵向配平和操纵均靠升降副翼,升降副翼既 是横向操纵面又是纵向操纵面。为使布置在机翼后 缘的升降副翼获得尽可能大的纵向操纵力臂,同时
直机翼。
小展弦比直机翼与三角翼和后掠翼相比,当M数 较大时,其零升阻力系数CD0 较小,升阻比较大; 单纯的小展弦比直机翼的缺点是跨音速气动特性 较差,焦点变化剧烈,因此在超音速飞机上较少采 用。
其刚度、强度及重量特性介于三角翼和后掠翼之间。
(2) 后掠翼
对亚音速飞机而言,后掠翼能有效提高临界马赫数,延 缓局部激波的产生,避免过早出现波阻。 对超音速飞机而言,后掠翼可改善其跨音速气动性能: 后掠翼的CD0~ M 变化较缓,升力线斜率虽然小于直机翼 但比三角翼大。
翼面,前翼、平尾等是辅助承力翼面。
平尾(或辅助翼面)与机翼的前后相对位置是代表
不同飞机型式的显著的标志。
根据平尾(或辅助翼面)与机翼的前后位置关系, 可以将飞机型式分为4种: 正常式:水平尾翼位于机翼之后 鸭 式:水平前翼/鸭翼位于机翼之前
无尾式:没有水平尾翼 三翼面布局:机翼之前有水平前翼,机翼之后有
2.1 飞机型式的选择
2.1.1 概 述
所谓飞机型式,是指飞机几何外形的主要特征及
各种装载布置方案的统称。而飞机外形主要特征大
致是指飞机各部件(机翼、机身、尾翼、动力装置、
起落架等)的数目、外形和相对位置的统称。
航空技术书籍、文献、飞机飞行器制作资料
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西北工业大学834飞机总体设计原理考研真题
西北工业大学834飞机总体设计原理考研真题2013西北工业大学834飞机总体设计原理真题回忆版一、填空题(共40分,每空一分,只能记得以下题目,有些已经记不清了)1.飞机的起飞重量可以分为_________、________、________,其中______重量系数随起飞重量的增加而减小。
2.三种主要的飞机形式是________、_________、_________。
3.涡轮发动机可分为_________、_____________、__________、__________。
4.在飞机重心的第一次近似计算中,如果飞机中心不在规定的范围内,则须对飞机重心进行调整,常用的两种方法是_________、__________。
5.超音速气流通过膨胀的流管时,流速_______,压强________。
6.飞机的阻力分为___________和_____________,形成的机理有_____、____、_____、_____、_______。
7.发动机的净装机推力应该在发动机的非装机推力的基础上,考虑两方面的修正,这两方面的修正是_________、__________。
二、简答题(共30分,共六道,一道记不清了)1、飞机总体布置的具体任务有哪些?2、飞机设计要求包括哪些内容?3、减小起飞滑跑距离的措施有哪些?4、图解求平均气动弦长。
5、根据图片分析这款飞机(美国全球鹰)进气道设计的优缺点。
三、计算题(20分)记不清了四、分析论述题(30分)请参考图片(),一架环球不着陆飞行飞机Global Fly,请综合描述其设计。
(可从动力性能、结构、布局、气动等方面综合描述),(题目细节记不清了)五、设计题(30分)设计一架无人侦察机,要具备全天候飞行能力,夜间执行任务能力,隐身性能等,还有一些重量,飞行等性能要求。
要画出飞机三面图。
(题目细节记不清了)。
第三讲飞机的外载荷和设计情况
24
飞机转动时的过载
如果 i 点处物体的重力为Gi ,则质量力为 Gi cos +mi ai (见图38b)。 i 点处的过载 ni 为 z xi z Gi cos m i a i an ni cos ny xi Gi g g g ni 随飞机各处 xi 的不同而不同, xi 有正有负,附加力矩有一 定方向性,因而旋转惯性力及其附加的旋转过载也有正有负。 由上式可以方便地计算某一处局部的过载或外载。
图3-1
Pn
Pm
Pf
此时飞机既有平移运动,又有旋转运动,总的平衡关系为
∑Fx = 0, T - X = max = Nx ∑Fy = 0, Yw - Yt = m ( g+ ay ) = G +Ny
式中 Iz — 飞机绕Z轴的 质量惯性矩 ; z — 飞机绕Z轴的 角加速度; 其它符号见图3-1所示。
q= HV0 2 / 2
22
H uV0 u 1 S H V0 2 KC S y V0 2 2
则飞机平飞时遇突风过载ny 为
ny Y0 Y H uV0 1 KC y G 2p
式中
Cy—升力系数增量;
Cy—升力线斜率; p = G/S —翼载荷;
—迎角增量;
计的一个重要参数。设计时如能正确选取过载的极限,则
既能使飞机满足机动性要求,又能使飞机满足结构的重量 要求。 过载大小要考虑飞行员的承受能力,大过载会使飞行员出 现黑视。
19
四、进入俯冲情况 飞机在此情况下
GV2 Y G cos g r
Y V2 n y cos G gr
图3-4 进入俯冲情况
升力 Y(L) 阻力 X (D)
2013-飞机总体设计-3第三讲-权衡研究
4
3.1 权衡研究的意义
如果初步设计的飞机方案与竞争者相比效 率太低,就很难获得成功;但是,如果没 有以后进一步发展的潜力,就会对项目的 未来成功构成威胁
5
3.1 权衡研究的意义
设计师在选择最初“基准”设计时所使用的 方法中包括参数选择矩阵和毯式图 两个基本问题
11
3.2 参数选择矩阵
第四步——重复前三步的方法,确定其他几个性能参数对推重 比和翼载的变化曲线,并将其整合到一张图里。 期望的解是满足全部性能要求、重量最轻的飞机。一般而言, 这种最佳组合位于两条限制线的相交点。 爬升率限制
起降距离限制
加速时间限制
12
3.3 毯式图
毯式图另一种重要和常用的表达形式,其方法与参数矩 阵曲线方法类似 第一步—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)
7
3.2 参数选择矩阵
灰色为3*3矩阵,中心蓝色为初始方案,标红色的为其他 方案中优于初始方案的指标。
8
3.2 参数选择矩阵
参数矩阵曲线
为更好地反应参数选择方案对设计要求的敏感性,可使用参数 矩阵曲线来形象地表达: 第一步——保持推重比不变,改变翼载,插值确定其所对 应的起飞总重及其它技术指标 已有数据点
17
3.3 毯式图
Q:毯式图上为何要将不同推重比的曲线对应的坐标轴y 轴向左平移? A:为了更好地在曲线内进行插值 ——尽量考虑曲线弯曲的影响,保持正交性
18
参考文献
参数选择矩阵与毯式图详细介绍及在参考文献中的 位置
作者 Raymer D P 文献 Aircraft Design: A Conceptual Approach, 中译本:《现代飞机设计》 页码 中译本pp382-387
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。
第二章 飞机初始总体参数与方案设计
第二章飞机初始总体参数与方案设计2.1 方案设计的任务和过程本章的目的是为了使航空专业的学生能熟悉飞机设计过程中所用的设计决策方法,了解飞机设计的任务来源与如何进行最初阶段的设计工作。
“初始总体参数的确定”和“方案设计”这两个词表示的便是这一阶段的设计。
初始设计阶段之后的情况很大程度上取决于初始设计阶段的结果和研制成本。
如果初始设计阶段的结果可以满足预定的设计要求,则可以进行飞机的详细设计,如果初始设计的结果中发现了某些问题(如某种技术上的不足,或缺乏数据库等),那么就要进一步的改进初始方案、研究解决问题的方案,直到问题被解决之后,形成最终设计任务书,进行飞机的全尺寸发展研制。
如果研制表明在可接受的周期和费用内不能解决这些问题,该设计项目将被取消。
方案设计的任务主要是确定如下飞机总体参数:(1)起飞总重W TO;(2)最大升力系数C lmax;(3)零升阻力系数C D0;(4)推重比T/W;(5)翼载W/S。
本章中假设飞机的任务要求是已知的,任务书中定义的典型参数有:(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:实验、航标或军用标准)。
2.2 重量估算飞机必须在带有装载物的情况下达到航程、航时、速度和巡航速度的目标。
估算为了完成任务阶段的飞机最小重量和燃油重量是很重要的。
对一定的任务要求,本节提供了一种快速估计起飞总重W TO、空重W E、任务油重W F的方法。
该方法适用于如下12种飞机:(1)自制螺旋桨飞机;(2)单发螺旋桨飞机;(3)双发螺旋桨飞机;(4)农业飞机;(5)公务机;(6)涡轮螺旋桨支线飞机;(7)喷气运输机;(8)军用教练机;(9)战斗机;(10)军用巡逻机,轰炸机和运输机;(11)水陆两用飞机;(12)超音速巡航飞机。
2.2.1 方法的概述可以将飞机起飞总重表示为如下几项:W TO=W OE+W F+W PL(2.2.1)其中:W OE——飞机使用空重W F——飞机任务油重W PL——飞机有效装载重量而W OE通常记为:W OE =W E+W tfo+W crew(2.2.2)其中:W E——空重;W tfo——死油重;W crew——乘员重。
飞机结构设计罗漳平第03讲设计方法
并行工程的特点
2、并行工程也不能随意消除一个完整工程过程中现存的、 顺序的、向前传递信息的任一必要阶段,如概念设计、方案 设计、全面研制,以及必要的工程分析、试验等。
3、并行工程不要求保险设计,它通过优化大量过程,以较 低的费用使零件到达预定目标而获得产品性能的稳定性。它 允许零件带有某些制造偏差,费用低。 〔保险设计靠减少零件、冗余技术、紧公差等方法达成产品 性能的稳定性,保险设计零件外表加工讲究,公差严格,本 钱高。〕
三、并行工程的实施要素
并行工程的实施没有固定的模式。并行工程强调综合,其 具体实施表达在如下四个方面:
1. 持续与用户保持联系,重视满足用户要求。及时了解和记录用户的需 求,并进行技术要求分析与分解,使各领域对技术要求取得一致的认 识,共同完成目标。(----对应于 获取信息)
必须建立起适合于并行工程的管理体制、机构和科学的管理方法,甚 至可能涉及较深层的体制改革。
在 产品早期设计阶段,信息不完全性和不确定性的程度高,但
是开发人员应该就产品方案及时达成共识,对产品的效能、全寿命周
期费用、进度等进行权衡,并作出决策。这时应用质量功能配置
〔QFD〕、面向制造的设计〔DFM〕、面向装配的设计〔DFA〕、
成组技术等质量工程方法 进行决策、优化产品的结构及过程参数设
计。(----对应于 总体设计阶段信息的分析技术)
结构(感 受鼓励)
传感器
信号处 理器
专用 计算机
控制器
智能结构的根本组成
驱动器
结构(发 生调整)
➢ 智能结构中的传感器:
电传感器、光传感器、压电陶瓷制成的传感器、形状记 忆合金制成的传感器等几种类型。
智能结构
➢ 智能结构中的驱动器有: 机电式、液压式、压电陶瓷制成的驱动器、形状记忆合金
飞行器总体设计试题
飞行器总体设计试题飞行器总体设计试题一、填空题(25分,每空1分)1. 飞机设计可分为3个阶段,分别是。
2. 最重要的三个飞机总体设计参数是、、。
3. 飞机空机重量可分为3部分,分别是、,飞机空机重量系数随起飞重量的增加而。
4. 在飞机重心的第一次近似计算中,如果飞机重心不在规定的范围内,则须对飞机重心进行调整。
调整飞机重心最常用的2种方法是 (11) 、 (12) 。
5. 超音速进气道的压缩方式有3种,分别是:、和 (15) 。
6. 喷气式飞机在状态下达到最远航程,此时其翼载荷为 (17) ;螺旋桨飞机在 (18) 状态下达到最远航程,此时其翼载荷为 (19) (假设飞机的极曲线为的方法。
8. 亚音速飞机的最大升阻比取决于。
9. 进气道总压恢复系数是与之比。
10.从飞机设计的角度来看,对发动机的主要设计要求可归结为2个方面,即要求发动机的大和大。
2Cx Cx0A Cy)。
7. 要缩短飞机起飞/着陆滑跑距离,可以采用翼载荷二、选择题(20分,每题1分,正确的选择“+”,错误的选择“-”)1. 减小翼载荷对飞机的巡航性能有利。
(+) (-)2. 将喷气式发动机安装到飞机上,需要考虑装机修正和推进装置阻力。
(+) (-)3. 进气道的功用是将流入进气道的空气减速增压。
(+) (-)4. 机身结构重量大致与机身浸湿面积成正比。
(+) (-)5. 现代战斗机上常使用高涵道比的涡扇发动机。
(+) (-)6. 飞机起飞重量一定时,增加飞机的航程和航时会降低飞机的机动性。
(+) (-)7. 飞机的寿命周期成本包括研制成本和使用维护成本两部分。
(+) (-)8. 如技术水平一定,则飞机设计要求都要以一定的重量代价来实现。
(+) (-)9. 飞机的载油量是根据飞机所执行任务的任务剖面要求确定的。
(+) (-)10. 超音速飞行时,涡轮风扇发动机的耗油率小于涡轮喷气发动机。
(+) (-)11. 前三点式起落架几何参数选择时,应考虑的主要因素之一是防止飞机翻倒和防止飞机倒立。
第三章 飞机总体参数详细设计
3.1 设计的任务和步骤
10. 结构布置、结构类型和生产细目的选择 ·金属、复合材料 ·主要飞机部件的结构布置 ·起落架结构 ·生产和制造的流程
11. 确定研究、发展、制造和使用的费用 ·潜在利润的估算(民用飞机) ·任务效能的估算(军用飞机) ·全寿命周期费用估算(包括民机和军机)
3.2 机翼设计
第13步:将各步的决定和清晰的尺寸图归入一份简短的文档。 第12步:确定机翼安装角及机翼扭转角εt
3.2 机翼设计
参数计算
3.2.1 机翼的展弦比 机翼的几何展弦比是无因次的几何参数,并由下式确定:
A=b2/S 其中b-机翼的翼展,米; S-机翼面积,米2。 在确定机翼的气动力特性时,不用几何展弦比,而用有效展弦比。
第三章 飞机总体参数详细设计 ( 部件设计)
3.1 设计的任务和步骤
3.1.1 飞机总体参数详细设计的最优化准则 设计的主要任务是保证飞机总体参数的最优化。 复杂系统优化 局部最优的子系统
3.1 设计的任务和步骤
3.1.2 飞机总体参数详细设计(部件设计)的主要任务 在飞机部件的设计过程中,要解决以下的问题:
3.2 机翼设计
图3.2.8 各种类型的机翼增升装置 a-开裂式襟翼;b-简单襟翼;c-开缝襟翼;d-后退开裂式襟翼; e-单缝后退襟翼;f-多缝后退襟翼
3.2 机翼设计
图3.2.9 各种类型的机翼增升装置的CL-α关系 1-无襟翼;2-带前缘缝翼;3-带开裂式襟翼; 4-带多缝后退襟翼; 5-带前后缘后退襟翼。
3.2.2 机翼的平均相对厚度 机翼的平均相对厚度由下式确定:
t/c = SMW/S = SMW 其中:SMW-机翼最大截面积,米2。
3.2 机翼设计
一级近似法估算起飞重量
一级近似法估算起飞重量起飞重量是指飞机在起飞前的总重量,包括飞机本身的重量、乘客和货物的重量、燃料的重量等。
估算起飞重量是飞行前的重要步骤,可以帮助飞行员了解飞机的承载能力和飞行性能,从而做出正确的飞行计划和决策。
一级近似法是一种常用的估算方法,它通过对各个组成部分的重量进行近似计算,然后将它们加起来得到总重量的估算值。
虽然这种方法可能会有一定的误差,但在实际应用中往往具有较高的准确性和可靠性。
我们需要估算飞机本身的重量。
飞机的重量通常由制造商提供,包括空机重量和最大起飞重量。
空机重量是指飞机在没有任何负载和燃料的情况下的重量,而最大起飞重量则是指飞机所能承载的最大重量。
通过这两个值,我们可以计算出飞机本身的重量估算值。
我们需要估算乘客和货物的重量。
乘客和货物的重量通常通过平均值进行估算。
根据航空公司的数据,可以得到每个乘客的平均重量,然后乘以乘客的人数,得到乘客的总重量估算值。
同样地,货物的重量也可以通过平均值进行估算,根据货物的种类和数量,得到货物的总重量估算值。
我们需要估算燃料的重量。
燃料的重量是飞机起飞前必须考虑的重要因素。
燃料的重量可以根据航程和飞行时间来估算。
通常情况下,飞行员会根据飞行计划和预期飞行时间,计算出需要携带的燃料量。
然后根据燃料的密度,可以得到燃料的重量估算值。
将以上估算值加起来,就可以得到起飞重量的估算值。
需要注意的是,这个估算值仅仅是一个近似值,实际的起飞重量可能会有所偏差。
因此,在实际飞行中,需要根据准确的数据进行实际称重,以确保飞机的安全起飞。
总结起来,一级近似法是一种常用的估算起飞重量的方法。
通过对飞机本身的重量、乘客和货物的重量以及燃料的重量进行近似计算,并将它们加起来,可以得到起飞重量的估算值。
虽然这个估算值可能会有一定的误差,但在实际飞行中往往具有较高的准确性和可靠性。
在飞行计划和决策中,准确的起飞重量估算是非常重要的,可以保证飞机的安全起飞和飞行。
飞机总体设计-3第三讲_飞机总体设计的第一次近似_大飞机
3.1 概念构思与概念草图
概念草图
T9(330504) ( ) T1 “潮汐猎人” (330501) 潮汐猎人” 潮汐猎人 )
8
3.1 概念构思与概念草图
草图的作用
确定你对要设计的方案的整体印象 勾画出气动布局 表示出在哪里布置机组、有效载荷、乘员、 表示出在哪里布置机组、有效载荷、乘员、 起落架、发动机、 起落架、发动机、燃油和主要的子系统 用于总体设计的第一次近似 —估算初始的主要总体设计参数 估算初始的主要总体设计参数
25
等效展弦比=翼展的平方/(机翼和鸭翼面积)
3.3 初步重量估计
升阻比
概念 草图
+
Sjr/S (或Swet/Sref) 等效展弦比 l2/S
浸润展弦比 l2/Sjr
26
3.3 初步重量估计
B-47 火神 S参考 1430 3446 S浸润 11300 9600 116 90 展长 S浸润/ S参考 7.9 2.8 9.4 2.35 展弦比 0.84 浸润展弦比 1.2 (L/D)max 17.2 17.0 浸润面积: 浸润面积:全机表面的外露面积
3.3 初步重量估计
燃油重量估计
机上燃油=使用油重+ 机上燃油=使用油重+备用油重 适航标准规定备用油量用下述方法定出: 适航标准规定备用油量用下述方法定出:
飞机总体设计报告
飞机总体设计任务二设计报告组号:第三组组内成员:2014年1月18日摘要本小组在此文中对民用客机的需求与发展作了简要介绍,并通过统计分析与计算完成了任务所要求的设计内容。
主要计算分析步骤包括:起飞重量的计算,起飞推重比,翼载荷的计算,翼型的选择,外形几何参数的计算与选择,机身及舱室设计,飞机动力系统及燃油系统的选择与计算,重量分析与重心计算,以及主要性能参数估算,飞机操稳性的分析和和飞行总体性能参数的分析计算等。
关键字:客机,宽体飞机,概念设计AbstractIn this paper our team describe the requirement and the development of civil aircraft and complete the conceptual design, assigned byprof,through numerous analyses and computation.The main stepsof analyses and calculation include the calculation of takeoff gross weight, the calculation of takeoff thrust weight ratio and wing load, the selection of airfoil’s type, the choice of components geometry parameters, the design of fuselage and cabin, the selection and calculation of propulsion&fuel system, the estimation of weight and the check of gravity center, we also analyze the main performance parameters, stability controlqualities and flight performance. At last, we check about overall performance of the flight.Keyword: Airliner, Wide-body aircraft, Conceptual design目录飞机总体设计 (1)任务二设计报告 (1)摘要 (1)Abstract (2)第一章方案设计 (5)1.设计背景 (5)2.设计理念 (6)3.设计要求 (7)第二章方案构思与设计草图 (8)第三章主要总体设计参数 (9)1.估计升阻比 (9)2.起飞重量W0的一阶近似 (9)3.推重比T/W的选取 (10)4.翼载W/S的选取 (10)5.机翼外形参数设计 (11)6.尾翼外形参数设计 (13)7.机身及舱室设计 (14)7.1几何参数估计 (14)7.2客舱设计与布置 (16)8.动力系统选择 (19)8.1发动机类型与选择 (19)8.2发动机布置 (22)8.3进排气系统设计 (22)9燃油系统设计 (23)9.1油箱类型选择 (23)9.2油箱的容积 (24)9.3油箱的安全与防火 (24)10.起落架布置 (25)11.飞机三面图 (26)12.三维建模 (28)13.重量分析 (29)14.配平及稳定性分析 (33)15.主要设计参数汇总 (33)第四章主要性能参数估算 (35)1.升力系数计算 (35)1.1机翼 (35)1.2机身 (36)1.3平尾 (36)1.4全机的升力系数计算 (37)2.阻力系数计算 (38)2.1机翼 (38)2.2机身 (39)2.3全机的阻力系数计算 (39)2.4极曲线 (39)3.全机焦点和重心后限位置计算 (40)4.飞行性能估算 (41)参考文献 (42)小组成员分工 (43)结束语 (44)致谢 (47)附录1:小组成员设计需求分析一览表 (48)附录2:国内在飞的大型客机基本介绍 (49)第一章方案设计1.设计背景随着航空科学技术的发展以及社会的进步,地面交通已很难满足人们出行的需要,自飞机诞生以来,由于飞机的快速性、舒适性等优点,航空运输已成为蓬勃发展的支柱型产业。
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2ห้องสมุดไป่ตู้
飞机总体设计 第一讲
飞机总体设计
飞机设计研究所 航空科学与工程学院
复习题
1. 飞机设计研究所 飞机设计的三个主要阶段是什么?各有些什么
飞机设计研究所
23.. 主 飞 高要 机 效任 总 的务 体 团? 设 队计和有低什效么的特团点队?各有什么表现? 高飞高B飞高 B高飞飞飞飞飞 飞飞飞飞B飞飞B飞飞飞飞高Booooo效机效机效效机机机机机机机机机机机机机机机效eeeeeiiiii的 设 的 设 的的 设 设 设 设 设总 设 设 设 设 总 设 设 设 总 的nnnnnggggg团计团计团 团计计计计计 体计计计计体计计计体团的的的的的队的队的队 队的的的研的 设研研研的设的研的设队团 团 团 团 团和三和三和 和三三三究三 计究究究三计三究三计和队队队队队低个低个低 低个个个所个 有所所所个有个所个有低协协协协协主主主主主主 什主什主主什效效效 效效作作作作作么么么要要要要要要 要要要的的的 的的戒戒戒戒戒团阶团阶团 团阶阶阶阶 特阶特阶阶特团律律律律律队段队段队 队段段段段 点段点段段点队有有有有有各是各是各 各是是是是 ?是?是是?各哪哪哪哪哪有什有什有 有什什什什 什什什有些些些些些什么什么什 什么么么么 么么么什?????么?么?么 么???? ???么表各表各表 表各各各各 各各各表现有现有现 现有有有有 有有有现?些?些? ?些些些些 些些些?什什什什什什 什什什么么么么么么 么么么主主主主主主 主主主要要要要要要 要要要任任任任任任 任任任务务务务务务 务务务?????? ??? 4. Boeing的团队协作戒律有哪些? 高效的团队和低效的团队各有什么表现?
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3.3 初步重量估计
燃油重量估计
各种任务段的重量比估算方法 • 暖机、起飞、爬升和着陆 • 忽略下降段
任务段
暖机和起飞 爬升 着陆
(Wi/Wi-1)
0.970 0.985 0.995
19
3.3 初步重量估计
燃油重量估计
各种任务段的重量比估算方法
• 巡航-根据勃列盖(Breguet)航程公式
• 任务段重量比:飞机在某一任务段结束时的重量除 以该任务段开始时的重量 W Wi+1 • 任意的第i段:W i 或 W
i-1 i
17
3.3 初步重量估计
燃油重量估计
整个任务结束时的飞机重量Wx与初始重量 W0之比等于各段重量比的乘积 例如:
W7 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 Wo Wo W1 W2 W3 W4 W5 W6
飞机总体设计 第三讲
飞机总体设计的 第一次近似
飞机设计研究所 航空科学与工程学院
第三讲 飞机总体设计的第一次近似
3.1 概念构思与概念草图 3.2 飞机的主要总体设计参数 3.3 初步重量估计 3.4 权衡研究 3.5 推重比与翼载荷
1
3.1 概念构思与概念草图
概念构思的形成
熟知同类用途飞机的布局形式,了解不同布局 的利弊和特点
(kg/m2)
11
3.2 飞机的主要总体设计参数
符号与单位说明
参数
重量 推力 重力 推重比 翼载荷
Aircraft Design: A Conceptual Approach (mks)
《飞机总体设计》
m (kg) F (N) G (N) F0/G0 m0 /S (kg/m2 )
W (kg) T (kg)
E = 续航时间或待机时间 L/D = 升阻比
20
3.3 初步重量估计
单位耗油率(SFC或C)
单位时间内产生单位推力所消耗的燃油量 对不同类型的发动机可以进行统计拟和 注意单位!
典型喷气式发动机 的 SFC: 1/hr{mg/Ns}
纯涡轮喷气式 低涵道比涡轮风扇 高涵道比涡轮风扇 巡航 0.9{25.5} 0.8{22.7} 0.5{14.1} 待机 0.8{22.7} 0.7{19.8} 0.4{11.3}
5.416
4.110 5.570 7.50
-0.622
-0.622 -1.075 0
22
等效展弦比=翼展的平方/(机翼和鸭翼面积)
3.3 初步重量估计
升阻比
概念 草图
+
Sjr/S (或Swet/Sref)
等效展弦比 l2/S
浸润展弦比 l2/Sjr
23
3.3 初步重量估计
升阻比
最大升阻比!
巡航 喷气 式飞 机 螺旋 桨飞 机
0.866L/Dmax
待机
L/Dmax
L/Dmax
0.866L/Dmax
24
3.3 初步重量估计
燃油重量估计
在不考虑有效载荷投放的情况下,任务过程 中的总重减少,必然是燃油消耗所致
任务中消耗的燃油=
(1
Wx ) W0
一般情况下,可假定余油储备和死油占6%
Wf Wx 1.06 (1 ) W0 W0
积累数据
• 主要的数据来源 飞机的技术说明书 简氏飞机年鉴 (Jane‘s All The World’s Aircraft) 飞机公司宣传资料 设计教科书 期刊杂志 互联网
4
3.1 概念构思与概念草图
概念构思的形成
对各专业基本知识的全面了解 +创新的思想 +美学观点
R V L Wi 1 ln C D Wi
Wi RC exp Wi-1 V ( L / D)
• 待机(Loiter) -根据续航时间公式
L / D Wi 1 E ln C Wi Wi EC exp Wi-1 L/D
V = 速度 (ft/s 或 m/s) R = 航程 (ft或m) C = 单位耗油率
概念构思的体现 — 概念草图
(Conceptual Sketch)
5
3.1 概念构思与概念草图
概念草图
画出多个候选方案,不要指望一开始就知道该怎么做 在可能的情况下对多个方案都进行分析和优化
6
3.1 概念构思与概念草图
概念草图
来源:Kirschbaum’s Aircraft Design Handbook, Aircraft Design Aid and Layout Guide 7
简单示例:反潜机
任务剖面
概念草图 航程的权衡
30
3.5 推重比与翼载荷
最简单的方法:参照以往的统计值
主要设计参数的选择与确定是反复迭代的循 环过程 31
复习题
1. 飞机的主要总体设计参数有哪些? 2. 画出一级近似法估算起飞重量的流程
32
谢 谢!
33
-0.07 -0.06
Kvs= 可变后掠常数 = 1.04 对可变后掠机翼 = 1.00 对固定后掠机翼
复合材料的应用: 近似为We /W0 统计值的0.95倍
16
3.3 初步重量估计
燃油重量估计
机上燃油=“任务燃油”+储备燃油+“死油” 一级近似(First-order design) : 假设任务所需燃油与飞机的重量成正比, 则Wf /W0 近似地与飞机重量无关 根据任务段重量比计算
25
3.3 初步重量估计
存在投放有效载荷段的剖面分析方法
We W0 Wcrew Wfixed Wdropped Wfuel ( )W0 W0 payload payload
例:设总共14段,第7段投放有效载荷W7dropped,则重量比
W7 dropped W7 dropped W7 W6 W7 dropped 1 1 W6 W6 W6 W6 W0 W0 W6 W1 W2 W3 W4 W5 W6 其中 Wo Wo W1 W2 W3 W4 W5
9
3.2 飞机的主要总体设计参数
飞机运动方程分析
升力
推力 阻力
重力
来源:Introduction to Aeronautics: A Design Perspective 10
3.2 飞机的主要总体设计参数
飞机的主要总体设计参数
设计起飞重量 W0 动力装置海平面静推力 T 机翼面积 S 组合参数 • 推重比 T/W0 • 翼载荷 W0 /S (kg) (kg) (m2)
21
3.3 初步重量估计
升阻比
K (或L/D)是设计方案总体气动效率的量度 取决于两个设计因素:机翼翼展 & 浸润面积 估算升阻比时常用的另一个机翼设计参数:
展弦比=翼展的平方/机翼参考面积
等效展弦比=aMacmax 喷气教练机 a 4.737 C -0.979
喷气战斗机(格斗)
喷气战斗机(其它) 军用运输/轰炸机 喷气运输机
15
3.3 初步重量估计
空机重量估计
We /W0 =AW0C K vs
双发涡轮螺桨飞机
A
0.96
{A-公制} C
{0.92} -0.05
喷气式教练机 喷气式战斗机
军用货机/轰炸机 喷气式运输机
1.59 2.34
0.93 1.02
{1.47} {2.11}
{0.88} {0.97}
-0.10 -0.13
2
3.1 概念构思与概念草图
概念构思的形成
积累数据
• 飞机的数据 • 主要标准部件的形状和重量 – 座椅、炸弹、机炮、集装箱… – 可能的发动机 • 了解相关领域的最新水平 – 气动、结构、飞控系统、隐身技术… “勿在浮砂筑高台”
—候俊杰
《深入浅出MFC》 3
3.1 概念构思与概念草图
概念构思的形成
26
3.3 初步重量估计
存在投放有效载荷段的剖面分析方法(续)
着陆重量:
Wland W14 W W W W W W0 1 ... 6 7 ... 13 14 Wo Wo W5 W6 W12 W13
任务中消耗燃油: Wfused W0 Wland Wdropped
总的燃油重量:
Wfபைடு நூலகம்el Wfused
Wf W0
)W0 (
We )W0 W0
We W0 ( )W0 ( )W0 Wcrew Wpayload W0 W0 W0 Wcrew Wpayload 1 (W f / W0 ) (We / W0 )
14
3.3 初步重量估计
空机重量估计
对不同类型的飞机,可以统计出一定的趋势
28
3.4 权衡研究(Trade Studies)
方案研究中的一个重要环节是与用户一道 评审和仔细分析设计要求 通过对要求中的项目进行变化,可以分析 出该项目对起飞总重的影响,进而更合理 地确定要求的取值 还可以反映出新技术(如采用某种复合材 料)对设计的影响
29
3.4 权衡研究(Trade Studies)
3.1 概念构思与概念草图
概念草图
T9(330504) T1 “潮汐猎人” (330501)
8
3.1 概念构思与概念草图
草图的作用
确定你对要设计的方案的整体印象 勾画出气动布局 表示出在哪里布置机组、有效载荷、乘员、 起落架、发动机、燃油和主要的子系统 用于总体设计的第一次近似 —估算初始的主要总体设计参数
27
3.3 初步重量估计
一级近似法 (First-order design method)!
设计目标和飞行任务
设计草图
选择展弦比