150座客机概念设计-总体设计报告.docx

设计报告一、设计要求拟定150座客机概念设计相关说明：1.150座客机是市场占有率最高的主力机型（70%-80%） 未来20年里，仅中国国内就有1400多架的市场需求，国际需求更高达20000多架2.当前市场上同类级别干线客机：波音-737 空客-A320 俄罗斯 MS-213.目标：打破传统航空制造商垄断全球航空客机150座级市场的格局，力争设计出一种更加安全，更加经济，更加环保，更加舒适的150座机干线客机采用国际标准，以国内销售为主，打入国际市场，主要满足国内民航大中城市间和短程国际航线的运营需要4.设计要求设计有效载荷：——150人（平均每人80kg）每人行李总重20kg——空勤人员：2名驾驶员（平均每人80kg，每人行李总重20kg）3名空乘（平均每人55kg，每人行李总重20kg）全部经济舱每人最大携带行李体积：座位有效长度：座位有效宽度：座位前后间距：通道宽度：最大起飞重量（Maximum Take-Off Weight）：最大着陆重量（Maximum Landing Weight ）：动力装置选择：2台涡扇发动机——————飞行性能指标：——巡航速度（Cruise speed）：M 0.78——最大巡航速度（Maximum speed）：M 0.82——经济巡航高度：10700m——实用升限：12000m——最大载重航程（Maximum Range:）：4500km，45分钟待机，10%燃油备份——主要任务段航程（Typical mission (average) Ranges）： 500km-1000km：45% 1000km-2000km：45% >2000km：10%——以最大起飞重量起飞距离（Takeoff Field Length , MTOW）：2200m——以最大着陆重量降落距离（Landing Field Length，MLDW）：1600m——以最大着陆重量最大降落速度（Maximum landing speed (at Maximum Landing Weight)）：≤250km/h——飞机座舱增压系统：在巡航高度保持客舱内1500m处大气压力——起降噪音：≤110db——耗油量：≤2.8升/百公里/座5.适航性规范：客机应遵循美国联邦适航条例（FAR）Part 25和中国民用航空规章第25部 运输类飞机适航标准（重量大于5700kg)CCAR256.业务成本：比目前主要运营的150座级干线客机运营成本平均每座降低10%二、全机布局设计2.1尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置正常式布局·水平尾翼的气动力- 平尾对全机升力贡献的大小与重心的位置有关- 纵向静稳定性·优点与缺点- 技术成熟，所积累的经验和资料丰富，设计容易成功。

机翼的下洗对尾翼的干扰往往不利，布置不当配平阻力比较大上平尾（有利于减重）·避开机翼尾涡的不利干扰将平尾布置在机翼翼弦平面上下不超过5％平均气动力弦长的位置，有可能满足大迎角时纵向稳定性的要求·避开发动机尾喷流的不利干扰·有利于结构布置平尾安装在机身上对减轻结构重量有利 2.2垂尾的位置和数目·单垂尾·机身尾部2.3机翼平面形状及在机身上安装的位置·大展弦比，A形后掠翼后掠翼的特点 优点：– 能有效地提高临界M数，延缓激波的产生，避免过早出现波阻缺点：– 气动方面：在大后掠角和大梯形比情况下，大迎角时翼尖容易先失速，从而使飞机的稳定性和操纵性变坏– 对机翼结构布置及其强度、刚度和重量特性的影响不利·下单翼 优点√机翼结构可从客舱地板下穿过√起落架短、结构重量轻、易收放√发动机和襟翼易于检查和维修√安全考虑：强迫着陆时，机翼可起缓冲作用不利因素：×机身机翼气动干扰较大×机翼离地近，吊舱安装困难×部分客舱的座位的视线被机翼遮挡 2.4发动机数目和安装位置·发动机数目：双发（生存能力强）·安装位置：翼下吊挂发动机短舱发动机翼吊布局优点：– 能减轻结构重量– 载客量相同时机身长度小– 发动机短舱安装高度小，便于维护；– 飞机重心控制容易。

2.5进气道布局·短舱式：进气道短，内管损失小，机头便于装雷达天线 2.6起落架型式和收放位置·前三点式- 适用于着陆速度较大的飞机，在着陆过程中操纵驾驶比较容易 具有起飞着陆时滑跑的稳定性 飞行员座舱视界的要求较容易满足 可使用较强烈的刹车，缩短滑跑距离 缺点是前轮可能出现前轮“摆振” 现象 ·前轮收入机身，后轮收入机翼中三、机身外形设计3.1民机客舱布置3.1.1客舱主要参数：当量直径和长度3.1.2内舱剖面形状与尺寸——形状：圆形（表面面积小，有利于减少摩擦阻力 对于气密舱，有利于承受内压——宽度：每排座椅数（3+3），座椅宽度（500mm），过道数（1），过道宽度（480mm）——高度：地板高度（2361）、客舱高度（3872mm） 内舱剖面形状见下图：根据同类飞机数据，取地板高度为3.1.3客舱长度——每排座数（3+3）、总人数（150）、排距（825mm）——厨房、衣帽间（每侧共两个，前后各一个，且可以互换）——登机门（2，每侧前后各一个）、应急出口门（根据FAR25，每侧2个Ⅰ型和2个Ⅲ型）3.1.5货舱参数前货舱装载4个LD2型集装箱，后货舱装载6个LD2型集装箱每个LD2型集装箱容积为：所以货舱容积为：3.2机身外形初步设计3.2.1机身设计的基本要求• 装载要求：有足够大的内部容积– 民机：乘客、机组、使用项目、行李、货物、系统安装。

– 军机：机组、发动机安装、武器……• 气动要求：气动阻力小• 结构要求：有利于结构布置– 机翼、尾翼安装– 发动机（尾吊布局）• 适航要求－抗坠毁性– 应急撤离3.2.2机身中段设计当量直径计算： ——机身当量直径 ——并排座椅最大宽度， ——扶手与侧壁间距， ——客舱装饰层厚度， ——机身框结构高度，总结得：客舱长度（中机身长度）计算： ——客舱长度（中机身长度）——每侧座椅数×座椅排距 ——每侧服务模块数×相应尺寸（这里主要指衣帽间、厨房、洗手间等，并假设它们的尺寸一致） ——每侧登机口数×登机门宽度 ——每侧应急出口数×应急出口宽度 总结得： 3.2.2机身前后段设计参考同类飞机，，，可得， 最终可以作出客舱整体布置图如下：E代表登机门，I带便应急出口，G、W分别代表厨房和衣帽间，L代表盥洗室四、飞机主要参数计算4.1最大起飞重量·根据设计要求：——航程：Range=4500km——巡航速度：M=0.78——巡航高度：10700m——声速：576.4knots——有效载荷重量：·预估数据 ——耗油率：（函道比为6） ——升阻比：·根据Breguet航程方程：代入数据：Range=4500kmM=0.78计算得：所以：，其中，为巡航阶段所需燃油量 为最大起飞重量·燃油系数计算第一阶段 引擎启动和余热 第二阶段 滑跑 第三阶段 起飞 第四阶段 加速爬升至巡航高度 第五阶段 巡航（假设正常巡航） 第六阶段 下降（假设该阶段发动机关闭）第七阶段 着陆 剩余燃油 所以，燃油系数为： ·根据重量估算过程，根据同类飞机，假设3个最大起飞重量。

对每个计算出相应的燃油重量，并计算使用空重，数据如下： 46000kg 64000kg 82000kg 11052kg 15378kg 19702kg 15425kg 15425kg 15425kg 19523kg 33197kg 46883kg曲线见下图最终求得的重量数据为： 4.2推重比与翼载荷4.2.1用于绘制界限线的约束计算公式包括：起飞状态推重比约束平衡场长度约束第二爬升阶段下推重比约束进场速度对翼载的约束突风影响下翼载约束4.2.2各参数计算如下：（）预估翼载荷，推重比则机翼面积预取：机翼1/4弦线后掠角机翼平均相对厚度增升装置采用双缝后退富勒襟翼飞机起飞离地马赫数·起飞距离 ——正常起飞情况 其中，涡扇喷气式飞机；为离地时升力系数，可近似为最大起飞升力系数的80%其中，，近似为机翼1/4弦线后掠角，此设计中取设安全高度为15.3m，最终得： ·起飞平衡场长 最终得： ·进场速度 ，其中为飞机失速速度， 为飞机最大着陆重量，本设计中，由于航程取为4500km，故 为法向过载系数，取0.88 为机场空气密度，取1.225 为机翼面积 为着陆状态时可以达到的最大升力系数，由于襟翼选型已定 ，其中，，最终得：·着陆距离 其中： 其中：为进场时下滑角，取3度；为刹车系数，可取0.38. 最终得：·俯冲速度 本设计中，·离地升力系数·起飞最大升力系数 ·进场升力系数·着陆最大升力系数·发动机个数·涵道比 ·着陆重量比 ·爬升重量比·飞机类型因子 ·翼型水平因子 其中：，所以: ·机翼面积系数 ·浸润面积系数 ·机翼层流比例 ·展弦比 ·后掠角 ·梯形比函数 ·机翼平均相对厚度 ·第二阶段爬升推力（已集成在程序中） 其中：由于发动机个数为2台，上式中，，。

上式由爬升时升阻极曲线特性确定：，是巡航状态零升阻力系数，是由于襟翼打开引起的阻力增量其中：由相应的运算中间公式， 最终得： 所以， 的计算由公式可得：所以，所以，·第二阶段爬升推力与海平面静推力的关系 其中： 由相应的数据和公式可以计算得： 最终得，海平面静推力·巡航爬升阶段状态下推重比约束（爬升到11km高度过程） 见“BCtheory”3.2.4·突风影响下翼载约束 该部分约束可以由界限图直接看出对以上预估计算的数据进行适当的放松（数据放松见界限线图输入数据），作出界限线图由界。