固定翼飞机设计复习题整理

2013年《现代飞行器设计》复习题

2013.6.26WXG

1飞机的研制过程主要有哪几个阶段？

(1)拟定设计要求；

(2)概念设计；

(3)初步设计（包括飞机方案设计以及结构和系统的打样设计）；

(4)详细设计；

(5)原型机试制；

(6)试飞；

(7)批生产；

(8)使用和改进改型。

2正常式布局、鸭式布局、无尾布局各有什么特点及优缺点？

正常式布局

正常式布局水平尾翼位于机身之后（边条翼技术、主动控制技术的发展使这一布局形式的飞机性能优异）。为保证飞机纵向静稳定性，正常布局飞机机翼的迎角应大于尾翼迎角。

优点：

(1)经验丰富，风险低;

(2)水平尾翼有较大尾力臂，配平能力强，配平阻力小;

(3)如果采用V形尾，不仅可以减小摩擦阻力和干扰阻力，而且有利于减小飞行

的侧向RCS；同时，可以遮挡尾喷口，有利于红外隐身;

(4)结合边条翼技术，可以有效改善飞机在中到大迎角范围的机动能力，同时，

可以减缓跨音速波阻的增加，降低超声速波阻。

缺点：

(1)对于静稳定的正常式布局飞机而言，水平尾翼产生负升力，从而降低飞机的

升阻比;

(2)平尾位于机翼的下洗和速度阻滞区，影响平尾的效率.

鸭式布局

鸭式布局水平前翼位于机翼之前。在配平条件下，为保证飞机纵向静稳定性，前翼迎角必须大于机翼迎角。

优点：

(1)对于静稳定飞机，鸭翼平衡力向上，提高整机升力;

(2)大迎角时鸭翼对机翼产生有利干扰，显著提高大迎角的升力;

(3)更均匀和光滑的纵向面积分布，因而可能得到较低的跨音速阻力;

(4)有较好的失速保护特性;

缺点：

(1)鸭翼产生升力但也付出诱导阻力代价;

(2)超音速时，带来更大的阻力代价和操纵能力限制问题;

(3) 起飞着陆在大迎角的平衡能力可能不足;

(4) 平衡阻力可能比常规布局大;

(5) 前缘涡破裂带来的不稳定;

无尾布局

无尾布局只有一对机翼。一般采用后掠角较大的三角翼，用机翼后缘处的襟副翼作为纵向配平的操纵面。具有静稳定性无尾飞机，襟翼的升力方向向下，引起升力损失，这会引起飞机在着陆拉平时或在改出俯冲时“下沉”。

为减小配平损失，需采用扭转机翼，保证00 m C ，当以巡航状态飞行时，不需要偏转襟翼。

优点：

(1) 多采用大后掠三角翼，因而超音速波阻小;

(2) 机翼结构强度、刚度大，结构重量小;

缺点：

(1) 尾力臂短，效率不高;

(2) 起降性能差;

(3) 不易发挥放宽静稳定度技术和主动控制技术的潜力;

(4) 着陆拉平时或改出俯冲时“下沉”。

4机翼气动设计应满足哪些要求？

(1) 在起飞、着陆和空中机动状态下有尽可能大的升力及高的升阻比;

(2) 在巡航状态和大速度下有尽可能小的气动阻力;

(3) 在全包线范围内有良好的纵向及横侧向的操纵和安定特性，特别是在低速时要有线性的俯仰力矩、较高的副翼效率及横向特性;

(4) 要满足强度和气动弹性要求，使机翼具有足够的结构刚度和较轻的机构重量及较大的颤振速度。

5平尾、垂尾的作用，设计时应满足哪些要求？

平尾的作用：

(1) 保证飞机在重心后限时的纵向稳定性;

(2) 保证飞机在重心前限时的纵向平衡和操纵性;

(3) 对静不稳定飞机，平尾能够提供足够的防止飞机上仰发散的纵向低头力矩;

(4) 与机翼上的操作面（副翼）一起动作对飞机的横滚进行控制（差动平尾）。 设计要求：

(1) 机动时保证飞机达到最大的过载;

(2) 在任何重心位置处飞机都是稳定的;

(3) 襟翼放下，处在前重心位置着陆时能配平飞机;

(4) 在前重心起飞时能满足抬前轮的要求。

垂尾的作用：

垂尾是保证飞机航向稳定性及航向操纵品质的主要部件，垂尾的作用就是要使飞机在整个飞行包线范围内部有足够的方向稳定性。

设计要求：

在下列条件下垂尾具有足够效率：

(1) 飞机在大的侧飞条件下着陆；

(2) 飞机作曲线飞行；

(3) 低速大迎角机动；

(4) 发动机故障或不对称外挂；

(5) 飞机进入尾旋；

(6) 飞机以最大马赫数飞行。

6飞机的总体参数有哪些？简述其与飞行性能的关系。

起飞重量TO W 、翼面积S 、起飞推力T 组合参数：翼载S W TO 、推重比()TO W T

（与飞行性能关系需要补充）

7简述翼载选取的限制（4个以上，加必要的说明及公式）

(1)按失速速度

max 22

1L Stall SC V L W ρ== max 22

1L Stall C V S W ρ= 失速速度不大于某个最小值

(3) 按着陆距离

着陆距离公式为24465.0Stall L V S =

给定着陆距离，可计算着陆翼载L L stall L C V S W max 22

1ρ=⎪⎭⎫ ⎝⎛， W 为着陆重量，L L C max 是放下襟翼时最大升力系数 将得到的着陆翼载()L S W 折算到起飞翼载()TO S W

(3)按机动过载

在给定过载时qS C nW L = 于是飞机的最大过载系数S

W q C n L =max 只要有足够的动力，过载就可以达到m ax n 由此可得2max max 2

1V n C S W L ρ⋅=（所得翼载必须除以格斗重量与起飞重量的比值才能获得所需要的起飞翼载）

(4)按升限

W SC V L L zj H H ==

22

1ρ L zj H C V S W 221ρ= (5)按航程

螺旋桨飞机在最大K 对应的速度下飞行时达到最大航程，在最大K 对应的速度下，零升阻力等于诱导阻力

e

L D A C S V SC V πρρ22022121= 在巡航期间升力等于重力

0222

121D e L C A V C V S W πρρ== 根据飞机不同性能要求可以求出几个翼载，折算为起飞翼载后取最小值

8简述推重比选取的限制（3个以上，加必要的说明及公式）

(1) 按保证平飞状态确定推重比

()巡航

巡航D L W T 1=⎪⎭⎫ ⎝⎛ 巡航D L 可通过多种方法求得。螺旋桨飞机巡航D L 与最大D L 相同；喷气飞机是最大D L 的86.6%。

求出巡航段推重比以后折算出起飞推重比。

(2)按爬升性能