第一章 飞机先进气动布局
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。
航空航天概论第一章思考题(不全)
1.什么是航空？什么是航天？航空和航天有何联系？航空：载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动。
必须具备空气介质和克服自身重力的升力，大部分航空器还要有产生相对于空气运动所需的推力。
航天：载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动，又称空间飞行或宇宙航行。
联系：航天不同于航空，航天器主要在宇宙空间以类似于自然天体的运动规律飞行。
但航天器的发射和回收都要经过大气层，这就使航空和航天之间产生了必然的联系2.飞行器是如何分类的？按照飞行器的飞行环境和工作方式不同，分为：航空器，航天器，火箭和导弹。
航空器在大气层内飞行，依靠空气的静浮力或与空气相对运动的空气动力升空飞行。
航天器在大气层外的空间飞行，在运载火箭的推动下获得必要的速度进入大气层外空间，然后再引力作用下完成轨道运动。
火箭可以在大气层内或大气层外飞行，以火箭发动机为动力升空。
导弹可以在大气层内或大气层外飞行，是一种飞行武器，依靠制导系统控制其飞行轨迹。
3.航空器是怎样分类的？各类航空器又如何细分？根据产生升力的基本原理不同，分为轻于同体积空气的航空器（依靠空气的静浮力升空，又叫浮空器）和重于同体积空气的航空器（靠与空气相对运动产生升力升空）两大类。
轻于同体积空气的航空器气球：无推进装置；飞艇：有推进装置，可控制飞行。
重于同体积空气的航空器：固定翼航空器：1)飞机：由动力装置产生前进推力或拉力，由固定机翼产生升力。
2)滑翔翼：没有动力装置，由飞机推曳起飞，或用汽车等其他装置牵引起飞。
旋转翼航空器：1)直升机：以航空发动机驱动旋翼旋转作为升力和推进力来源。
2)旋翼机：利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力。
扑翼航空器：机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动，既产生升力又产生向前的推进力。
倾转旋翼航空器：同时有旋翼和固定翼，且在机翼两侧翼梢处各装有一套可在水平与垂直位置之间转动的旋翼倾转系统组件。
4.航天器是怎样分类的？各类航天器又如何细分？航天器分为无人航天器和载人航天器。
气动布局技术在飞翼式飞机设计中的应用
气动布局技术在飞翼式飞机设计中的应用随着科技的不断进步和发展，航空工业也在快速发展中不断创新，不断推陈出新。
其中，飞翼式飞机的应用越来越受到人们的关注和青睐。
飞翼式飞机不仅可以提高飞机的飞行效率，降低能耗，还可以提高安全性能。
在现代飞翼式飞机中，气动布局技术是至关重要的一项技术，它能够帮助飞机实现更好的飞行性能和安全性能，大大推动了飞机的发展。
一、飞翼式飞机的优越性能飞翼式飞机是无尾翼、机身与机翼形成一个整体的飞机，而传统的飞机则是由机身和机翼两部分组成。
飞翼式飞机采用了翼身一体的设计，可以减少空气阻力，降低气动噪声，提高飞行效率。
与传统的飞机相比，飞翼式飞机的设计更加紧凑，在同等长度的情况下，它的机翼比传统的机翼更加宽广，起降距离更短，可以适应更多的起降场。
此外，飞翼式飞机的机身比传统的飞机宽，可以容纳更多的乘客和货物，扩大了使用范围。
同时，由于整个机身和机翼都是一个整体，因此在面对一些机件故障时，飞翼式飞机的表现更可靠，飞行更加安全。
二、气动布局技术的应用在飞翼式飞机的设计中，气动布局技术是非常重要的。
气动布局技术可以通过对飞机的外形进行优化设计，实现更优秀的飞行性能和安全性能。
其中，气动布局技术包括飞机机体的形状、机翼的布局和飞机的气动特性等方面。
下面，我们来分别探讨一下。
1. 机体的形状设计飞机的机身形状是影响飞机飞行性能和安全性能的关键因素之一。
气动布局技术可以通过机体的形状设计，对气动外形进行优化，减少空气阻力，提高飞机的飞行效率。
同时，在设计中还要考虑到飞机的姿态控制，内部空间利用等因素，以提高机身的合理性。
2. 机翼的布局优化机翼是飞机的关键部件之一，不仅要有高的升力系数，还要有较低的阻力系数。
气动布局技术在飞翼式飞机的机翼设计中更是起到了决定性的作用。
可以通过改变翼的弯曲形状、尺寸，以及翼面的气动布局等因素，来实现机翼的优化设计，提高升力系数、减小阻力系数、减少失速现象，更好的抵御各种外部环境因素。
第一章飞行力学基础(1)
飞行力学在航空航天领域重要性
航空航天器设计基础
飞行力学是航空航天器设计的基础理论，对 于指导航空航天器的总体设计、性能分析和 优化具有重要意义。
飞行安全与稳定性保障
飞行力学研究飞行器的稳定性和操纵性，对 于保障飞行安全、提高飞行器性能具有重要 作用。
推动航空航天技术发展
飞行力学的研究不断推动着航空航天技术的 发展，为新型飞行器的研制和现有飞行器的 改进提供理论支撑。
第一章飞行力学基础
汇报人：XX
目录
• 飞行力学概述 • 大气环境与飞行性能 • 飞行器受力分析与平衡 • 飞行器运动方程与轨迹预测 • 飞行器操纵性与稳定性分析 • 飞行试验与仿真技术
01
飞行力学概述
飞行力学定义与研究对象
飞行力学定义
飞行力学是研究飞行器在空气中 的运动规律及其与周围环境相互 作用的一门科学。
降低试验成本
通过虚拟仿真技术对飞行器进行充分的测试 和验证，可以提高实际飞行试验的安全性。
推动技术创新
虚拟仿真技术可以模拟复杂环境和极端条件 下的飞行情况，为技术创新提供有力支持。
感谢您的观看
THANKS
指飞行器在受到小扰动 后，能够自动恢复到原 平衡状态的能力。静稳 定性好的飞行器，扰动 消失后能够迅速恢复到 原状态。
指飞行器在受到大扰动 后，能够自动恢复到原 平衡状态的能力。动稳 定性好的飞行器，在扰 动过程中能够保持稳定 的飞行姿态和轨迹。
指飞行器在受到扰动后 ，既不自动恢复到原平 衡状态，也不继续偏离 原平衡状态的能力。中 立稳定性介于静稳定性 和动稳定性之间。
轨迹预测模型构建及优化
动力学模型
建立飞行器的动力学模型，包括 气动力、推力、重力和控制力等
飞机气动设计分析报告
盛年不重来，一日难再晨。
及时宜自勉，岁月不待人。
飞机气动设计分析——由图-22M和B-1B浅析现代超音速轰炸机设计SYXXXXXXXXX一、超音速轰炸机简介众所周知，轰炸机是用于从空中对地面或水上目标进行轰炸的飞机，具有载弹量大，飞行距离远的特点。
飞机开始投入战争后不久，便出现了专门用于对地面实施轰炸的轰炸机。
一二次世界大战期间，轰炸机得到迅速发展和广泛使用，以美国B-17、B-29为代表的全金属四发重型轰炸机的出现是轰炸机发展到新水平的标志，这时的轰炸机载弹量可达8至9吨，航程在5000公里上下。
战后，航空进入喷气时代，轰炸机也不例外，在现代喷气式轰炸机问世以来的50多年里，轰炸机的发展已经经历了三个明显的阶段（如图1所示）：图1 喷气式轰炸机发展的三个阶段第一阶段是上世纪60、70年代出现的亚音速喷气式轰炸机，以苏联图-16（我国轰六的原型）、英国的三V轰炸机(“胜利”、“火神”、“勇士”)、美国B-47和B-52等为代表。
这一时期，飞机设计上的主要特点是以喷气动力取代螺旋桨动力，首先解决的是有无问题，在飞机的外形和结构设计上与之前的螺旋桨动力轰炸机并无较大区别。
这类轰炸机由于飞行速度较慢，雷达散射截面积较大，在完整的现代防空体系面前不堪一击，突防能力较弱，但到目前为止仍有很大一部分的亚音速轰炸机在各国空军服役。
第二阶段是上世纪70、80年代出现的超音速轰炸机。
超音速轰炸机往往采用了变后掠翼设计，解决了超音速轰炸机研制初期如B-58轰炸机遇到的速度与航程间的矛盾，这一阶段的代表是美国B-1B和苏联图-160、图-22M等。
超音速战略轰炸机的出现使得战略轰炸机的突防能力大大增强，打击能力也相应提高。
第三阶段是上世纪末出现的隐身轰炸机，使轰炸机的战场生存能力和威慑力得到更大的提高。
目前，隐身战略轰炸机只有美国的B-2一种。
可见，超音速轰炸机的出现是为了弥补亚音速轰炸机飞行速度较慢且无隐身能力的缺点，从而实现超音速突防，快速抵达攻击范围或目标上空实施打击。
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。
最新航空航天概论第一章思考题(不全)资料
1.什么是航空？什么是航天？航空和航天有何联系？航空：载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动。
必须具备空气介质和克服自身重力的升力，大部分航空器还要有产生相对于空气运动所需的推力。
航天：载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动，又称空间飞行或宇宙航行。
联系：航天不同于航空，航天器主要在宇宙空间以类似于自然天体的运动规律飞行。
但航天器的发射和回收都要经过大气层，这就使航空和航天之间产生了必然的联系2.飞行器是如何分类的？按照飞行器的飞行环境和工作方式不同，分为：航空器，航天器，火箭和导弹。
航空器在大气层内飞行，依靠空气的静浮力或与空气相对运动的空气动力升空飞行。
航天器在大气层外的空间飞行，在运载火箭的推动下获得必要的速度进入大气层外空间，然后再引力作用下完成轨道运动。
火箭可以在大气层内或大气层外飞行，以火箭发动机为动力升空。
导弹可以在大气层内或大气层外飞行，是一种飞行武器，依靠制导系统控制其飞行轨迹。
3.航空器是怎样分类的？各类航空器又如何细分？根据产生升力的基本原理不同，分为轻于同体积空气的航空器（依靠空气的静浮力升空，又叫浮空器）和重于同体积空气的航空器（靠与空气相对运动产生升力升空）两大类。
轻于同体积空气的航空器气球：无推进装置；飞艇：有推进装置，可控制飞行。
重于同体积空气的航空器：固定翼航空器：1)飞机：由动力装置产生前进推力或拉力，由固定机翼产生升力。
2)滑翔翼：没有动力装置，由飞机推曳起飞，或用汽车等其他装置牵引起飞。
旋转翼航空器：1)直升机：以航空发动机驱动旋翼旋转作为升力和推进力来源。
2)旋翼机：利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力。
扑翼航空器：机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动，既产生升力又产生向前的推进力。
倾转旋翼航空器：同时有旋翼和固定翼，且在机翼两侧翼梢处各装有一套可在水平与垂直位置之间转动的旋翼倾转系统组件。
4.航天器是怎样分类的？各类航天器又如何细分？航天器分为无人航天器和载人航天器。
气动布局解析实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解和掌握不同气动布局的基本原理和特点。
2. 分析不同气动布局对飞行器性能的影响。
3. 通过实验验证理论知识的正确性。
二、实验器材1. 气动模型（如飞机模型、导弹模型等）2. 风洞实验装置3. 数据采集与分析软件4. 测量工具（如风速计、压力计等）三、实验原理气动布局是指飞行器各个部件的相对位置布置，它直接影响飞行器的空气动力学性能。
不同的气动布局具有不同的升力、阻力、稳定性、机动性等特性。
四、实验内容1. 常规气动布局实验（1）实验步骤：将气动模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。
（2）数据分析：分析常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
2. 鸭式气动布局实验（1）实验步骤：将鸭式气动布局模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。
（2）数据分析：比较鸭式气动布局与常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
3. 飞翼布局实验（1）实验步骤：将飞翼布局模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。
（2）数据分析：分析飞翼布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
4. 三翼面布局实验（1）实验步骤：将三翼面布局模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。
（2）数据分析：比较三翼面布局与常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
五、实验结果与分析1. 常规气动布局常规气动布局具有较好的稳定性和机动性，但升力系数相对较低。
在低速和低攻角下，升力系数较高；在高速和高攻角下，升力系数较低。
2. 鸭式气动布局鸭式气动布局具有较好的机动性和升力系数，但稳定性较差。
在低速和低攻角下，升力系数较高；在高速和高攻角下，升力系数较低。
3. 飞翼布局飞翼布局具有较好的升力系数和隐身性能，但机动性和稳定性较差。
在低速和低攻角下，升力系数较高；在高速和高攻角下，升力系数较低。
4. 三翼面布局三翼面布局具有较好的升力系数、稳定性和机动性。
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。
航概复习知识要点
航空航天概论要点第一章航空航天发展概况1.1 航空航天基本概念航空：载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行运动。
航空按其使用方向有军用航空和民用航空之分。
军用航空泛指用于军事目的的一切航空活动，主要包括作战、侦察、运输、警戒、训练和联络救生等。
民用航空泛指利用各类航空器为国民经济服务的非军事性飞行活动。
民用航空分为商业航空和通用航空两大类。
航天是指载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动，又称空间飞行或者宇宙航行。
航天实际上又有军用和民用之分。
1.2 飞行器的分类、构成与功用在地球大气层内、外飞行的器械称为飞行器。
在大气层内飞行的飞行器称为航空器。
1.3 航空航天发展概况1783年6月5日，法国的蒙哥尔费兄弟用麻布制成的热气球完成了成功的升空表演。
1852年，法国人H.吉法尔在气球上安装了一台功率约为2237W的蒸汽机，用来带动一个三叶螺旋桨，使其成为第一个可以操纵的气球，这就是最早的飞艇。
1903年12月17日，弟弟奥维尔·莱特，驾驶“飞行者”1号进行了试飞，当天共飞行了4次，其中最长的一次在接近1min的时间里飞行了260m的距离。
这是人类历史上第一次持续而有控制的动力飞行。
1947年10月14日，美国X-1研究机，首次突破了“声障”。
火箭之父：俄国的K.齐奥尔科夫斯基1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星从苏联的领土上成功发射。
1969年7月20日，“阿波罗”11号飞船首次把两名航天员N.阿姆斯特朗和A.奥尔德林送上了月球表面。
1986年1月28日，“挑战者”号发射升空不久即爆炸，7名航天员全部罹难。
2003年美国当地时间2月1日，载有7名航天员的“哥伦比亚”号航天飞机结束任务返回地球，在着陆前16分钟发生意外，航天飞机解体坠毁，机上航天员全部罹难。
1.4 我国的航空航天工业新中国自行设计并研制成功的第一架飞机是歼教1。
我国自行设计制造并投入成批生产和大量装备部队的第一种飞机是初教6。
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。
第1章-第3节-低可探测技术
RCS降低的隐身技术
优点：能在常规飞行器散射基础上大大降低飞
行器的RCS，是现代隐身飞机的主流。
缺点：外形设计受气动、结构、尺寸等限制，
有一 定的瓶颈，需要其它隐身技术进行弥补。
43
3.4 外形隐身技术
内容
减少散射源 将强散射源转化为弱散射源
遮挡技术
舱门口盖锯齿化 控制散射方向，使散射能量集中在雷达威胁区域之外
3.3
3.4 3.5
3.5 材料隐身技术
材料隐身技术
在飞行器表面涂覆特制材料，使入射雷达波被吸收， 从而减小雷达回波功率，达到隐身目的。
优点：能在不改变飞机外形，或外形改变较小的情况 下，实现隐身。
缺点：增加飞机重量，适用带宽受限制，涂敷的吸波 材料容易脱落、变质，保养、维护费用高昂，高速飞 行时，气动热对吸波材料的性能有较大影响。
后
向
尾喷口--腔体散射
斜侧向
机翼和平尾前后缘--边缘绕射
其
它
外挂物散射、缝隙绕射、尖点绕射、表面波绕射
41
第三节 低可探测技术
3.1 3.2
• 低可探测技术概述 • 隐身飞机的发展 • 飞行器散射源 • 外形隐身技术 • 材料隐身技术
3.3
3.4 3.5
3.4 外形隐身技术
定义、特点
通过改变飞行器的外形，使重点姿态角域内
5
3.1 低可探测技术概述
隐身技术的手段：减小武器平台的特征信号。
特征信号：声、可见光、热（红外）、电、磁等， 不同的武器平台包含的特征信号不同，飞机的特征信 号主要包括电、热。
隐身技术的目的：使武器平台难以被发现、识
航空器气动布局优化方法研究
航空器气动布局优化方法研究在航空领域，航空器的气动布局设计对于其性能、效率和安全性起着至关重要的作用。
优化航空器的气动布局是一个复杂而具有挑战性的任务，需要综合考虑多种因素，运用先进的技术和方法。
航空器的气动布局涉及到机身、机翼、尾翼等部件的形状、尺寸和相对位置等方面。
一个良好的气动布局能够减少阻力、增加升力、提高稳定性和操控性，从而降低燃油消耗、增加航程和提高飞行性能。
在过去，航空器的气动布局设计主要依赖于经验和试验。
设计师们通过不断地尝试和改进，逐渐摸索出一些有效的布局方案。
然而，这种方法往往需要耗费大量的时间和资源，而且难以找到最优的解决方案。
随着计算机技术和数值模拟方法的发展，如今可以更加精确和高效地对航空器的气动布局进行分析和优化。
数值模拟是一种常用的气动布局优化方法。
通过建立航空器的数学模型，利用计算流体力学（CFD）软件来模拟气流在航空器周围的流动情况，可以得到诸如压力分布、速度场、升力和阻力等重要参数。
基于这些模拟结果，可以对航空器的气动布局进行评估和改进。
例如，如果发现某个部位的气流分离严重导致阻力增加，可以对该部位的形状进行调整，重新进行模拟，直到达到理想的气动性能。
优化算法在气动布局优化中也发挥着关键作用。
常见的优化算法包括遗传算法、粒子群优化算法和模拟退火算法等。
这些算法能够在给定的设计空间内自动搜索最优的设计参数组合。
例如，在机翼的优化设计中，可以将机翼的翼型、展弦比、后掠角等作为设计变量，通过优化算法来寻找能够使升阻比最大的参数组合。
多学科设计优化（MDO）是一种综合性的方法，将气动、结构、控制等多个学科的因素同时考虑在内进行优化。
因为航空器的性能不仅仅取决于气动性能，还与结构强度、重量、控制系统等密切相关。
通过MDO方法，可以在不同学科之间进行协调和平衡，实现整体性能的最优。
风洞试验仍然是验证和优化气动布局的重要手段之一。
尽管数值模拟能够提供大量有价值的信息，但风洞试验能够更真实地模拟实际飞行条件下的气流情况。
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。
战斗机气动布局
• 狂风
• • •
英德意70年代联合研制的
在当时同时代研制的战机中，如米格29，苏27，F-15，F-16，幻影2000这些飞机中，都显得很差。
• 幻影2000 法国独立研制
从80年代服役至今，总体性能优异 无尾三角翼布局，没有鸭翼，只有两个小边条，使用先进的脉冲多普勒雷达，由于小型机体限制，无法换装更 强大但更重的相控阵雷达，最大的诟病就是发动机推力不足，油耗大。从八十年代服役至今，外销销量尚可， 目前仍有包括法国、印度、希腊、阿拉伯联合酋长国、中国台湾等一些国家和地区使用幻影2000，总体性能优 异
1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 • 新式战斗机很多都采用这种布局，如 • 俄罗斯的米格－29、苏－27、 • 美国的F－22、F－16、F－18等。
边条
• 如果在机翼前沿根部靠近机身两侧处增加一片 大后掠角圆弧形的机翼面积，就可以大为改善 飞机大迎角状态的升力。 • 这增加的部分在我国一般叫做“边条”。
• 这些飞机的鸭翼除了用以产生涡流外，还用于改 善跨音速过程中安定性骤降的问题，同时也可减 少配平阻力、有利于超音速空战。 • 在降落时，鸭翼还可偏转一个很大的负角，起减 速板的作用。 • 据称，俄罗斯下一代的飞机也考虑使用鸭式布局。 米格1.44 鸭翼布局
• 不同位置的鸭翼对涡升力和配平有所侧重。大体 分为两种： 1、远距耦合。阻力和重量较小。适合高速飞行； 坏处是远离机翼，难以形成涡升力。 2、近距耦合。近距耦合的鸭翼产生涡升力的作用 明显得多，有利于提高机动性，但力臂短，配平 和俯仰控制作用降低。
近 距 远 距 远距耦合 “台风”式战斗机 近距耦合 “阵风”式战斗机
飞行器气动布局与外形隐身设计
飞行器气动布局与外形隐身设计杜红军（空军第一航空学院河南·信阳464000）摘要外形隐身在降低飞行器雷达可探测性方面意义重大，对缩减主要方向上RCS值的贡献量可达70%以上。
外形隐身需要开展一体化设计，协调与气动布局要求之间的诸多矛盾。
本文在对雷达散射截面积的概念和影响因素进行分析的基础上，结合若干典型隐身气动布局的特点，综述了飞行器外形隐身设计的几种主要方法。
关键词气动布局外形隐身中图分类号：V211.3文献标识码：A飞行器的隐身，主要是指利用各种技术手段缩减飞机的特征信息，降低飞机的可探测性，使敌方探测系统不能发现本机或推迟发现本机的时机，无法实施有效拦截和攻击，从而提高飞机的突防能力和生存能力，并增强攻击的突然性。
隐身技术已成为一门多学科综合的高新技术，并从雷达隐身扩展到红外、可见光和声波隐身等领域。
隐身设计的方法很多，涉及的技术也非常复杂，通常是多种措施综合运用，但一般都要从外形、结构、材料和工艺等方面入手。
本文主要研究了通过外形设计缩减目标雷达特征信号的方法。
1雷达隐身的基本概念1991年的海湾战争中，美军部署在海湾地区的F-117A“夜鹰”隐身飞机，以累计仅占整个空袭2%架次的出动量，成功攻击了40%以上的重要战略目标，该机出入巴格达如入无人之境，让世人第一次感受到了雷达隐身技术的巨大魅力。
在雷达隐身领域，有一个重要的概念，即雷达散射面积(Radar Cross Section)的概念,它是衡量雷达隐身性能的主要指标，简称为RCS。
RCS是表征飞机雷达回波信号强弱的物理量，其定义为“目标在单位立体角内向接收机天线散射的功率与入射到目标处单位面积内功率之比的4倍”。
当雷达波照射到目标上时，目标将以球体的形式向其周围的空间散射雷达波，只是在不同的方向上散射回波的功率不同。
那么，在正对雷达接收机天线的方向上，1度球体角的范围内散射回波的功率与入射到目标处单位面积内功率之比的4倍，即为雷达散射截面积RCS。
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。
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第1章 先进气动布局
1.3 涡动力学与涡控制技术 讲到这 1.3.1 利用旋涡非线性升力的飞机布局
边条翼与近距鸭翼耦合
第1章 先进气动布局
1.3 涡动力学与涡控制技术 1.3.2 可控制的涡动力技术
（1）前缘涡襟翼 （2）吹起涡控制技术 （3）非定常涡控制技术 （4）扑翼的非定常涡动力
第9章 先进大型飞机设计技术
第1章 先进气动布局
平直翼（全球鹰）
后掠翼（苏-27）
联翼布局（翔龙）
前掠翼（S-37“金雕”） 三角翼（台风）
变后掠翼（苏-24）
第1章 先进气动布局
三翼面布局（苏-35）
飞翼布局（B-2）
乘波体布局
升力体布局
第1章 先进气动布局
1.1 超声速巡航能力
激波阻力
The End
谢谢！
飞行器总体设计
（1）飞机隐身设计
飞行器总体设计
（2）飞机气动弹性设计与控制
飞行器气环境与生命保障
现代飞主机要设成果计技术
第1章 先进气动布局 第2章 飞行器隐身技术 第3章 飞行器推力矢量技术 第4章 飞机阻力和减阻技术 第5章 先进组合导航技术 第6章 飞行器计算机辅助设计技术 第7章 飞行器多学科设计优化技术 第8章 航空电子综合系统与信息技术
1.2 高超声速飞行器
马赫数≥5 （1）高超声速气动设计 （2）气动加热下的结构设 计 （3）高超声速推进系统
第1章 先进气动布局
1.2 高超声速飞行器
（1）乘波体布局
乘波体 (Waverider)，是一种 外形是流线形， 其所有的前 缘都具有附体激波的超音速 或高超音速的飞行器。通俗 的讲，乘波体飞行时其前缘 平面与激波的上表面重合， 就象骑在激波的波面上，依 靠激波的压力产生升力。
第1章 先进气动布局
1.2 高超声速飞行器
（1）乘波体布局
特点： 低阻力、高升力、高升阻比
第1章 先进气动布局
1.2 高超声速飞行器
（2）升力体布局
升力体是没有常规飞行器的主 要升力部件－机翼，而是用三 维设计的翼身融合体来产生升 力。这种设计可消除机身等部 件所产生的附加阻力和机翼与 机身间的干扰。
“协和”号超音速客机，存在耗油量大、噪声、安 全性和废气污染等问题。
第1章 先进气动布局
1.1 超声速巡航能力
F-22在不开加力的前提下，能够持续在1.5马赫左 右进行超过30分钟的超音速飞行。
第1章 先进气动布局
1.1 超声速巡航能力
F-35，外号“肥电”，无法超音速巡航
第1章 先进气动布局
现代飞机设计技术
航 空 工 程 学 院孟
令 兵
现代飞行器设计技术主要相关学科
飞机设计的主要内容
一、飞行器总体设计技术（总体室） 二、飞行器气动设计（气动室） 三、飞行器结构、强度设计（结构室、强
度室） 四、人机环境与生命保障（环控室）
飞行器总体设计
（1）飞机隐身设计 （2）飞机气动弹性设计与控制 （3）飞机多学科优化
第1章 先进气动布局
1.2 高超声速飞行器
（2）升力体布局
升力体的设计思想是由艾格尔斯和阿伦 于1957年从事弹道导弹再入问题研究 时偶然发现的。试验中，艾格尔斯注意 到钝头锥形体耗散再入能量的速度要比 尖头锥体快。更重要的是，锥形体上表 面的平坦部分在穿过地球大气时可以产 生升力，并增加气动稳定性。这一发现 意味着可以造出一种无翼飞行器——它 可以飞到太空，能承受再入时的气动加 热，也能像普通飞机一样在空气中滑翔 并有控着陆——升力体飞行器方案由此 诞生了。
气流从边条翼前缘通过会 分离出稳定的漩涡(脱体 涡，trapped vortex)，高 速旋转的气流作用于机翼 上表面时，提高了机翼表 面的负压，漩涡强度随迎 角增大而增大，产生很大 的涡升力(Vortex lift)。
协和飞机边条翼产生的涡流
J18战斗机边条翼产生的涡流
F22
战 斗 机 产 生 的 涡 流
第1章 先进气动布局
1.2 高超声速飞行器
（3）翼身融合体布局
将机翼和机身合成一体来设 计制造，二者之间没有明显 的界限。
第1章 先进气动布局
1.2 高超声速飞行器
（3）翼身融合体布局
优点：结构重量轻、内部容 积大、气动阻力小、有助于 减小飞机的雷达反射截面积 ，改善隐身性能
缺点：外形复杂，设计和制 造比较困难。
第1章 先进气动布局
1.2 高超声速飞行器
（4）细长机身布局
机身细长，机翼短小。
第1章 先进气动布局
1.3 涡动力学与涡控制技术
流体的涡旋运动大量存在于自然界中，如大气中的 气旋、反气旋、龙卷风、台风等，大气中的涡旋运 动对天气系统的形成和发展有密切的关系。
第1章 先进气动布局
1.3 涡动力学与涡控制技术
传统层流理论
第1章 先进气动布局
1.3 涡动力学与涡控制技术 1.3.1 利用旋涡非线性升力的飞机布局
飞机边条翼是涡流发生器 ，在大迎角低速飞行时， 它会形成脱体涡流。它作 用于机翼上表面既可增大 机翼升力又具有引导作用 ，保证飞机低速飞行时的 纵向稳定。
第1章 先进气动布局
1.3 涡动力学与涡控制技术 1.3.1 利用旋涡非线性升力的飞机布局
第1章 先进气动布局
1.1 超声速巡航能力
减少“波阻”措施：
（1）增大机翼后掠角，减小展弦比，减少翼 型的相对厚度。 （2）减少机身最大横截面积，增大机身长轴 比。 （3）整体采用翼身融合体以提高升阻比，减 少外挂物。 （4）按面积率进行机身修形设计。
第1章 先进气动布局
1.1 超声速巡航能力
根据已知的飞行定律， 蜜蜂的构造是不可能会 飞的，它们的翅膀太小 ，无法支撑它们肥胖的 身体飞离地面。然而， 蜜蜂还是飞起来了，因 为它们从来都不相信人 类所说的‘不可能’。
第1章 先进气动布局
1.3 涡动力学与涡控制技术 1.3.2 可控制的涡动力技术
第1章 先进气动布局
1.3 涡动力学与涡控制技术 1.3.2 可控制的涡动力技术