完全3飞机参数详细设计 与部件
第三章 飞机总体参数详细设计 ( 部件设计 设计的任务和步骤 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 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： 设计的任务和步骤 1. 选择主要参数和几何尺寸的最优值； 2. 选择最优形状 、 最优外形； 3. 选择飞机部件的最优结构受力形式 ， 满足强度 、 刚度等要求并使重量最轻 4. 选择最优材料和工艺过程 ， 使在成批生产中保证外形 和表面质量的条件下使飞机部件生产成本最低； 5. 保证飞机部件使用维护方便，在飞机部件重要结构 和设备的检查和修理时，有自由接近的和进行必需的测量调整工作的可能性。 根据飞机主要参数值和规定的战术（使用）技术性能选择飞机部件的主要参数和几何尺寸并使它们最优化。 1. 机翼：展弦比 A、 后掠角 、 根梢比 、 机翼根部和尖部翼型的相对厚度 t/c、 上反角 w， 几何扭转及气动扭转和增升装置选择； 大横截面积 长细比 l/d、 机身长度 机身头部和尾部的长细比； 翼的水平力臂和垂直力臂 （ ,、 尾翼的面积 舵面面积 根梢比 展弦比 落架支柱和机轮尺寸 、 进气口和尾喷口的尺寸 、 发动机吊舱或起落架整流舱的最大截面积等 。 设计的任务和步骤 飞机部件（最优）形状的选择与以下的参数的选择有关： 水平尾翼 （ 和垂直尾翼 （ 的相对位置； 起落架收入机翼或机身内的可能性 （ 以及有没有设专门的整流罩的要求 ） ； 舱、安装这些短舱的吊挂，以及喷口装置的形状。 设计的任务和步骤 飞机部件设计的步骤 下面给出对飞机各个部件的主要型式 、 尺寸 、 形状的选择步骤；这些部件的其它性能的选择 （ 结构的 、 强度的和工艺的等 ） 在专门的教材里进行研究 。 1. 总体布局的选择： · 常规布局 （ 指尾翼在机身后段 ） · 无尾式布局 （ 指没有水平尾翼和鸭翼 ） · 鸭式布局 · 三翼面布局 设计的任务和步骤 2. 机身方案的选择 · 乘员、旅客、行李、燃油、货物和其他有效载重的安排 · 座舱或飞行仪表板的设计 · 机身内部设计 · 窗户 、 门和紧急出口的设计 · 燃油 、 行李和货物的容积检查 设计的任务和步骤 3. 推进装置类型的选择 ·增压式或非增压式活塞式发动机或者螺旋桨 ·涡轮螺旋桨 ·桨扇 ·涡轮喷气或涡轮风扇 ·冲压喷气或火箭 4. 发动机或螺旋桨数目的选择 设计的任务和步骤 5. 推进装置的布置 ·推进器：推进或拉进 ·发动机埋在机身内部或机翼里 ·发动机舱在机身上或机翼上 ·发动机和发动机舱的布置 6. 机翼和尾翼（尾翼或鸭翼）的设计参数选择 ·机翼面积 ·展弦比 ·后掠角 （ 固定翼或可变后掠翼 ） ·相对厚度 ·相对厚度 ·翼型类型 ·根梢比 ·舵面的尺寸和布置 ·安装角 （ 固定翼或可变后掠翼 ） ·上反角 7. 增升装置的类型 、 尺寸和布置的选择 ·机械式襟翼 ·后缘或前缘增升装置 设计的任务和步骤 8. 起落架类型和布置的选择 ·固定式或可收放 ·后三点式 、 前三点式或自行车式 ·支柱和轮胎的数目 ·机轮收放位置 ·起落架收起的可行性 9. 飞机上使用的各主要系统的选择 ·飞控系统 ， 主系统和备用系统 ·辅助动力装置 ·燃油系统 ·液压系统 ·供氧系统 ·环境控制系统 ·防冰、除冰系统 ·喷洒系统（指农用飞机） ·导航系统 ·电传控制系统 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） 机翼设计 以下是机翼平面设计和横向操纵面形状位置设计的过程 。 第 1步 ： 考虑对机翼布局起主要影响的因素 ， 确定布局是下列形式之一： （ 1） 常规布局 （ 指尾翼后置 ） （ 4） 鸭翼 （ 2） 飞翼 （ 指无平尾或鸭翼 ） （ 5） 三翼面 （ 3） 串列式机翼 （ 6） 连接式机翼 第 2步： 确定机翼总的结构布局： （ 1） 悬臂式机翼 （ 2） 支撑式机翼 第 3步 : 机翼 /机身总体布置的确定： （ 1） 上单翼 （ 2） 中单翼 （ 3） 下单翼 机翼设计 下面这些机翼 /机身布局的比较只有在其它条件均相同时才是正确的 。数字 1表示 首选 ， 数字 3表示 最不合适 。 * 表示在很大程度上取决于机翼通过机身的位置 * 表示如果起落架收入机身内 ， 那么起落架重量将不再是一个必需的因素 。 在这种情况下 , 起落架经常需要减震器外形整流 ， 而这又会引起附加阻力 。 机翼设计 第 4步 : 选择机翼 1/4弦线后掠角和机翼相对厚度 后掠角的类型有以下几种： （ 1） 零度后掠或平直翼 （ 2） 后掠 （ 也叫正后掠 ） （ 3） 前掠 （ 也叫负后掠 ） （ 4） 变后掠 （ 对称变后掠 ） （ 5） 斜掠（不对称变后掠） 机翼设计 第 5步 ：选择翼型 第 6步： 确定机翼尖削比 第 7步： 列出最大升力系数。 第 8步： 确定横向操纵面的形状、尺寸及位置。 第 9步： 在 6步绘制的机翼平面图上标出前后翼梁轴线 第 10步： 机翼油箱容积的计算 第 11步： 确定机翼上反角 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 t 机翼设计 参数计算 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 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 。 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 = 其中： 翼最大截面积 ， 米 2。 机翼设计 中弧面的形状 机翼中弧面的形状同样也是机翼的几何特性 。 它的定义是由翼型上 、下轮廓构成机翼的上 、 下表面法向坐标之和的一半 （ 机翼展向为 ： 机翼的容积 机翼的容积是机翼很重要的几何特性 ， 它可以用于放置燃油 。 对于有直母线的机翼 ， 在前后缘之间整个机翼的最大理论容积 （ 米 ） 可以按下式计算： 机翼设计 中等展弦比和大展弦比机翼的气动力特性 1、 机翼升力特性 （ 的确定 ） 中等展弦比和大展弦比机翼在低亚音速无紊流流动时的升力特性用升力系数和迎角的关系 ， 以及升力系数对迎角的导数来评定： 2、 机翼的最大升力特性 机翼的最大升力特性 ， 以 它决定于翼型沿翼展的分布 ， 机翼的扭转和平面形状 ， 也就是决定于它的气动布局型式 。机翼的气动布局应该考虑到机翼的流场特点 。 对于后掠机翼 特点有： 图 沿 展向的分布。 机翼设计 图 、后掠角 的关系。 机翼设计 在图 的变化。 图 在 ) f(系中“勺形区”的形成 机翼设计 3、提高后掠机翼升力特性的措施 为了提高后掠机翼的 m()或 )的非线性关系 开始时的 （为了减小“勺形”区范围并把它向较大 值移动），在 机翼气动力布局上可以采用以下方法： 图 后掠机翼在弦平面内弯曲时其剖面迎角的变化 机翼设计 隔板在后掠机翼上设置隔板的型式如下图 、 机翼阻力 由飞机空气动力学教程可知 ， 机翼总的迎面阻力可用飞机极曲线方程给出： 机翼设计 5、机翼的力矩特性 机翼的纵向力矩系数 在第一次近似中， 中零力矩 和飞行 翼的纵向静稳定性 了 者取决于机翼平面形状和 6、机翼设计开始阶段机翼参数的选择 机翼几何参数的选择是在实现给定的战术技术要求或使用技术要求的条件下 ， 在飞机所有参数优化的过程中 ， 折中气动 、 重量及容积等特性的基础上进行的 。 机翼设计 机翼设计 小展弦比 （ A 3） 机翼的气动力特性 1、小展弦比机翼的流场特点和升力特性 特点 :从下表面通过侧边或前缘（大后掠角）向上表面形成激烈的 空气溢流。 对于各种展弦比机翼的 系如下图 机翼设计 2、 小展弦比机翼的阻力和力矩特性 小展弦比机翼的零升阻力按照中等和大展弦比机翼在亚音速的那些公式计算 。 小展弦比 （ A 3） 机翼的漩涡诱导阻力可按下式决定： 机翼的气动弹性 机翼的增升装置和副翼 1、 机翼后缘的增升装置 为了解决 在起飞 、 着陆和在强扰流中飞行时增大机翼的 用各种类型的沿机翼后缘的增升装置 ， 其中最常用的如图下图 图 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 机翼设计 图 各种类型的机翼增升装置的 1无襟翼； 2带前缘缝翼； 3带开裂式襟翼； 4带多缝后退
