A380飞机设计特点分析.doc

A380飞机设计特点分析情报组科技信息档案室2005.9.2112目 录1. 引言 12. 项目进度 13. 设计特点 23.1 操纵面 23.2 结构 23.3 起落架 23.4 动力装置 33.5 座舱 33.6 系统 33.7 电子设备 43.8 几何尺寸 44. 先进的气动技术 54.1 选择最佳机身截面 54.2 机体CFD优化设计 54.3 精心的机翼设计 65. 新材料的应用 75.1 先进新型金属材料仍占主导地位 85.2 复合材料用于大型结构件的技术突破 85.3 充分利用GLARE材料的性能优势 106 先进制造技术对A380的贡献 106.1 先进复合材料制造技术 106.2 激光焊接 107 减轻结构重量的种种努力 117.1 中央翼盒 117.2 巨型机腹整流罩 117.3 客舱地板结构 117.4 独特的机翼结构 11A380飞机设计特点分析1. 引言空中客车A380是迄今世界上正在生产之中的尺寸最大、客/货容量最高的喷气客机到2006年它投入使用时，将会对21世纪大型民用喷气客机市场产生一个不小的冲击波，进而改变几十年来在大型客机市场一直被波音747垄断的局面。

A380飞机由法、德、英和西班牙等国飞机制造商共同研制其中法国制造驾驶舱、中机身、发动机挂架并负责总装；德国提供前中机身、后机身、垂直安定面和方向舵；英国制造机翼主壁板、前轮和刹车以及襟翼导轨梁；西班牙负责生产机翼/机身整流罩、机腹整流罩和固定水平尾翼、水平尾翼前后缘和翼肋以及机翼翼肋该机采用了大量的新技术，主要包括：计算机流体力学优化设计、液压增压技术、双飞行控制系统以及双轴供气空调系统等等该机机身、尾翼和机头采用先进的Glare(玻璃纤维增强复合材料)复合材料层板，不仅有利于改进疲劳性能，还可大大减少蜂窝结构用量据称A380的运营成本比波音747飞机低20%2. 项目进度1994.6 着手工程研究，取名A3XX1996.3 设立A3XX管理局（大飞机分公司）1997 在巴黎展示机身剖面全尺寸模型1999.12 空客工业管理局批准项目出台2000.12 确认A380名称并接受必须的50架订货2004.4 对原型机的主要分装配件（前、中和后机身，尾锥，尾翼和机翼）进行总装2005年初 预定首飞2006.3 取得适航合格证并交付使用3. 设计特点A380飞机采用达索公司CATIA软件进行设计；结构、材料、系统、起落架设计和气动特性都有新改进；驾驶舱与现役空客飞机保持一致，以使驾驶员转型A380时具有相关认证资格。

机身垂直排列成椭圆形三舱布局：该设计可使主层舱容纳一排10座旅客、上层舱一排8座旅客，使每位旅客比波音747有更大的空间；下层舱可设商店、酒吧、餐厅和/或38个LD3集装箱或13个货盘和18.4m3的散货按用户要求可改装发动机、短舱和改变气动特性，以大大降低噪音水平机翼的1/4弦线后掠角为3330’3.1 操纵面单缝襟翼结合机翼前缘下垂以改善爬升性能机翼各侧有2块副翼和2个作动筒，外加带单个作动筒的8块扰流板升降舵每侧有2块和2个作动筒，方向舵也有2块和2个作动筒3.2 结构复合材料大量用于襟翼、扰流板、后承压框、中央翼翼盒、尾翼等部位采用“glare”复合材料，明显减少了结构重量，防止疲劳/损坏激光束焊接可减少成本和重量，用于连接长桁和下机身壁板机翼前缘由热塑性塑料制成外翼金属是粘结的A380-800上部地板梁用复合材料制造，整个结构使用重量较轻的2524铝合金以代替传统使用的20243.3 起落架Goodrich主起落架，每个四轮翼下起落架重2310kg，每个六轮机身下起落架重4080kgMessier-Dowty双轮前起落架米其林AIR X NZG轮胎：A380-800主起落架为1400530R23（40层）轮胎；前起落架为1270455R（32层）轮胎。

机身下起落架设置在翼下起落架稍后的位置所有主轮均装有碳刹车能在45m宽的跑道和23m宽的滑行道上进行机动利用差动刹车或不对称推力可在60m宽的跑道上进行U转弯3.4 动力装置A380选用联盟（GE/P&W）GP7200或 R-RTrent900系Trent于2004年晚期首飞，原定2005年取得适航合格证，据称已推迟到2006年第一季度Trent970最初额定推力311kN，后降为302kN但最终定为374kN联盟GP7200使用与波音747X和远程767动力装置相同的核心机设计工作始于2001年8月，后推迟到2003年初，2004年4月首次运转，2005年7月获取适航合格证，额定推力363kN，拟于2006年初首飞两型动力装置标准燃油310，000L；远程型飞机在机翼中央翼盒内，安装额外的燃油箱3.5 座舱两人制驾驶舱，设有机组人员休息区；机身各侧有5个主层舱应急出口和3个上层舱应急出口三级布局标准载客555人（主层舱一级22人，经济级334人；上层舱商务级96人，经济级103人），座舱排距为一级173cm；商务级122cm；经济级81或84cm短程高密度布局840人双通道登机梯允许四过道登机和通过主层舱离机。

用于上层舱的救生滑梯藏入机体而不是在舱门内3.6 系统装有由Thales公司和Diel公司的航电系统组成的综合模块航电系统（IMA），Rockwell Collins公司的传输速率达100兆位/秒的具有全双工连网的以太网装有变频交流发电系统为便于滑行，垂直安定面顶部和机身下部配有照相机安装了燃油管理系统两个24110 5帕的液压系统（黄色和绿色）和两个电器系统（红色和橙色）用于飞行操纵，后者每个采用至少两个不同的系统以防其中任何一个万一发生故障；每个系统都是完全独立的液压系统所用的导管系统较其早期空客飞机所用的要轻且结构紧凑机翼下起落架由绿色系统供压；机身下主起落架由黄色系统供压发电系统采用180千伏安发电机采用Eaton公司的8个发动机驱动液压泵和4个电动液压泵，工作压力345105帕3.7 电子设备装有带Thales/Diel显示器的Honeywell公司飞行管理系统Rockwell Collins公司通讯/导航标准（包括VHF-920和HF-900数据无线电通讯、多模接收机、VOR-900全向指向接收机、DME-900和ADF-900）双套Thales平视显示器任选驾驶舱布置方案可与其它空客飞机兼容。

8台新一代15cm20cm的液晶显示器取代了传统的11台15cm15cm的显示器装有机上信息系统（OIS）和机上维护系统（OMS）以及Honeywell地形导航和地面导航系统3.8 几何尺寸外部尺寸翼展 79.80m弦根 16.60m展弦比 7.5机长 72.75m机身最大宽度 7.14m机高 24.08m尾翼翼展 30.38m主轮轮距 14.33m前后轮距 30.40m内部尺寸客舱长度 50.68m主舱最大宽度 6.58m上舱最大宽度 5.92m主舱地板宽度 6.20m上舱地板宽度 5.33m货舱总容积 171.0m3面积机翼总面积 845.0m2重量和载荷使用空重 277,000kg最大商载 84,000kg最大起飞重量 560,000kg最大停机重量 562,000kg最大着陆重量 386,000kg最大零油重量 361,000kg最大机翼载荷 662.7kg/m2性能（估计，Trent发动机）最大使用速度 M0.89实用升限 13,100m航程 14,816km4. 先进的气动技术空客公司在A380飞机的设计过程中不仅解决了巨型结构尺寸所带来的一系列工程技术问题，而且在气动力设计技术方面也有所创新。

4.1 选择最佳机身截面作为目前世界上最大的民用客机，A380既要充分满足用户获得最大机身容量的要求，又要满足适航机构提出的飞机外型尺寸不得超出80米见方的空间限制的机场停放要求为此，空客为A380选择了竖卵形机身横截面形状，这是目前业内公认的，舱内容积截面最大，同时又能满足限定的条件A380机体上下两部分均采用宽体飞机机体结构组成之所以选用这样的结构，是因为如果采用宽体飞机下机身与窄体上机身的组合形式，其机舱内部空间会受到较大的限制；如果采用进一步增加机身宽度的方式，虽然能满足乘客的登离机要求，但却降低了飞行经济性4.2 机体CFD优化设计A380是空客有史以来首次先对机体采用先进计算流体动力学(CFD)方法进行结构设计和优化的产品尽管从飞机整体设计角度来看，机翼对飞机的总气动性能影响最大，但空客用CFD技术先对A380机身进行结构设计和优化后，飞机的总体阻力减少了2％以上在对A380机身进行CFD优化设计中，机头部位的优化设计工作是最为关键的这其中有两个重要的考虑因素，一是因为A380作为第一种全机身长度都采用双层机身布局的飞机，其机头设计必须要满足双层客舱布局飞机钝形机头的设计特点；二是A380在整个设计过程中必须要满足FAA提出的80米见方的机场停放空间的限制。

另外，飞机在总体设计中还需要综合考虑阻力、机身宽度、舱内声学特性等各种气动的、结构的和环境的要求最终机头设计结果使全部流经机头上部的亚音速气流流速控制在大约M0.85，并能够在速度高达M0.89时也不会产生激波前机身段相对机身其他部位而言利用价值更高，因此设计人员针对驾驶舱门窗周围的气流作了大量细致深入的CFD优化设计工作仅为确定驾驶舱位置前后就花了4年时间，作了多次修改目前A380的驾驶舱位于飞机机头的中部，机头的外形曲率也改得稍稍平缓了些，因为飞机头部曲率较小有利于增加抬头力矩和飞机配平包括驾驶舱和前部地板下货舱在内，A380的前机身段共分为四个独立的舱室，其余两个舱室为前起落架舱和雷达舱一块带有曲度的密封增压隔板通过激光束焊接技术与驾驶舱门和前机身下部焊接到一起，将驾驶舱密封舱与前起落架和气象雷达舱分隔开来4.3 精心的机翼设计A380巨大的机翼从翼根到翼尖足足有36.6米长，根部弦长为17.7米，比A320一侧机翼的翼展还要长面对这样的巨型升力面，设计人员在机翼设计过程中，除了要考虑上述FAA提出的80米见方的机场空间限制之外，在机翼尺寸和外形设计中还要考虑很多其他限制条件造成的影响。

例如，机翼的根梢比要受到机翼面积和翼根弦长两方面的约束限制而后者本身又需要满足FAA提出的飞机两个舱门之间的最大间距不得超过18.3米的规定这样一来，A380的应急出口需设在上层舱的前门，应急逃离滑梯必须位于机翼前、后缘的上面在这些限制条件下，机翼最终的面积为845平方米，比目前的波音747的524平方米大了很多A380机翼的尺寸主要是受到机场现有基础设施要求的限定，不然设计人员大概更愿意采取加长翼展而不是增加翼面积的做法此外，由于A380属于一种高高客容量飞机，最终确定机翼面积时，还要综合考虑采用结构尽可能简单的增升系统包括单缝后缘襟翼、前缘缝翼和两段前缘下偏装置等A380机翼的襟翼和缝翼设计，要达到使A380能以低于140节速度进场的性能目标同时，最终确定的机翼尺寸要使之具有能够承受1.3g以上的抖振发生裕度根据空客的设计目标，A380应该能实现以最大重量起飞时，直接爬升到10500米高度的爬升性能。