飞机的设计、制造与试验.doc

飞机的设计、制造与试验 飞机的研制过程 新型飞机（包括直升机，下同）的研制是现代科学技术应用的集中体现研制一种新型的现代飞机，需要耗费巨大的人力、物力和财力，需要经历相当长的周期，需要各种工业部门，特别是航空工业部门科研和生产单位的通力协作 由于现代飞机（无论军用或民用）技术的先进性和结构的复杂性，因此，新型飞机的研制能力不仅反映一个国家航空工业的科技发展水平，也是一个国家科技和经济综合实力的重要体现 航空（包括航天）工业是高科技、高投入、高风险产业，为实现优势互补及分担风险，许多国家采取联合研制新型飞机的策略成功的典型有英、法联合研制的“协和”号超音速民航机和英、法、德、意等欧洲六国联合研制的宽机身民航机Ａ－３００、Ａ－３１０等 飞机的研制过程具有整体性、综合性、定量化、最优化等系统工程的各种特性，其具体过程也不是一成不变的各个国家、不同用途飞机的研制过程也不会完全相同一般地说，研制一种新型飞机要经过以下几个阶段：①预先研究②方案论证③总体设计④技术设计⑤试制和试验⑥设计定型⑦工艺定型和批生产⑧发展和改型 预先研究 简称预研是指在新型飞机总体设计方案确定之前为新型飞机的出现而进行的全部理论、技术和试验研究工作，它包括基础研究和应用研究两个方面。

基础研究又叫基本研究，是制为获得基础知识和技术理论而进行的探索性研究应用研究又叫工程研究，是制为了把某些新理论和新技术应用于新产品而进行的研究 预先研究是新型飞机研制的基础为了研制出有独创性的、性能优良的新型 飞机，就必须进行广范而深入的预先研究可以说，预先研究新型飞机诞生的温床和摇篮 飞机设计 完成用于飞机制造和使用的全部图纸和技术文件的过程也是研究飞机设计过程的综合性技术学科，并构成飞行器设计理论的重要组成部分 设计特点：与其他飞行器（如气球、飞艇、火箭等）相比较，飞机的设计具有以下几个显著特点：①飞机要长时间在大气层内飞行，靠机翼产生升力和操纵面产生控制力，无固定航迹和速度程序，机翼的布局和气动外形设计对提高飞机的飞行性能影响极大②保证驾驶员和旅客安全是飞机设计需要着重考虑的问题③总体布局和机构设计复杂飞机要尽可能扩大货舱和客舱的空间，在余下的有限空间内布置各种功能的部件④座舱设计要保证乘员在航行途中有较舒适的环境和完善的生活设施⑤对某一飞机要求很高的经济性，尽量降低人－公里或吨－公里的运输费用为此，在设计时应尽量增大装载量、降低耗油率⑥民用机设计还要考虑对各种机场的适应性，满足国际民用航空组织制定的适航条例要求。

军用和民用飞机都要有良好的维修性⑦尽可能降低飞机的噪音，以减小对机内人员和机场附近居民的影响⑧飞机（包括机身、机翼、尾翼和起落装置等）与发动机一般是分开设计的和制造的，要通过总体设计使之彼此协调一致发动机在飞机上配置，既要满足发动机工作的要求，又要有利于整个飞机的性能除上述特点外，不同用途的飞机还有不同的设计特点，如歼击机要尽可能提高飞机的机动性和作战能力，也要考虑驾驶员的生理限制等 设计过程：飞机设计首先要拟定指标和进行可行性论证，在此基础上进行方案设计、打样设计和工作设计 指标拟定和可行性论证 军用飞机的指标和要求一般由军方提出，民用飞机的指标和技术要求则根据国民经济情况、交通运输结构、航线的类别和要求、国家的工业基础和技术水平等方面的情况综合考虑后提出飞机的设计指标和技术要求主要包括：用途、装载量或载客量、航程、速度、机场情况、可能采用的发动机和机载设备、经济指标、可靠性、维修性和使用维护条件等军用飞机的指标和要求还有作战对象、武器配置、典型作战剖面、机动能力、最大速度、最大过载和重量等对于这些指标的可行性要加以论证 方案设计 制定飞机总体方案包括初步确定飞机的型式和外形，主要设计参数，部件的主要几何尺寸，结构型式和重量；初步选择动力装置、设备和武器；根据飞行剖面的要求初步拟定各段航迹的操纵方案；选择模型吹风等。

此阶段要作出飞机的三面草图和总体布置草图，进一步论证飞机技术要求的可行性和经济效益 打样设计 又叫初步设计设计时要确定飞机各部件的受力形式和相互连接关系，进行部位安排和重心定位，绘制各部件的结构打样图，进一步确定几何尺寸、重量和动力装置参数，完成气动计算，强度计算、气动弹性计算、飞机性能和操纵稳定性计算、协调功能计算等，进行部件、全机的吹风试验、协调功能试验和新结构、新材料的试验，作出正式的飞机三面图、结构打样图、总体布置图和重量、重心定位计算，提出各部件和各个系统的设计任务书，发动机安装设计任务书和重量分配指标在此阶段，需要制造木质样机，以便审查方案并为辅助设计创造条件 工作设计 又叫详细设计或技术设计根据确定的方案和打样设计的结果，完成零件制造和部件、系统、全机装配的工作图纸和生产、验收的技术文件，包括进行零部件的强度、颠振和重量计算，飞机气动性能和各系统性能的精确计算，进行结构的静、动强度和疲劳试验以及特种设备和各个系统的台架试验，还要试制原型机并制定试飞大纲 上述各个阶段之间无明显的界限现代飞机的设计工作越来越多的运用计算机辅助设计（ＣＡＤ），例如美国波音公司已实现全部计算机化的无图纸设计。

试制与试验 试制就是试制厂根据设计图纸制造出若干架样机，以满足各种试验的需要试制厂应具备雄厚的技术力量为了缩短周期，试制厂要提前开始生产准备工作试验样机的试制工作是第一次将新型飞机的图纸变成实物，其间必然会发现图纸和有关文件的许多不妥、甚至错误之处，因此就有必要修改设计 这个阶段的试验工作是十分重要的它的任务是检验新飞机的实际性能及其满足设计指标要求的程度 试验样机的试验分为地面试验和试飞两大部分，后者是在前者取得满意的结果之后进行的 为了使新型飞机在设计上的缺陷（如材料、元器件选用不当和结构不完善、不合理等）能尽量在地面上予以克服，必须进行大量的地面试验地面试验的主要内容有： １、静力试验 全机的静力试验，是在静载荷的作用下，测量应力和变形，检验全机的强度和刚度试验时，把整个试验样机放到试验台上加外载荷（图２２）外载荷通过杠杆相同传到贴在样机各部分的帆布拉片上，以便模拟飞机的实际受力状况外载荷从零加起，慢慢加到使用载荷，再加到实际载荷有时为了考察结构的完善程度，外载荷一直加到样机破坏为止当加到使用载荷和设计载荷时，都应测量样机各部分的应力和变形，然后取消外载荷，检查残余变形。

２、动力试验 动力试验是在飞机预先确定的动载荷条件下进行的模拟试验飞机在飞行过程中，会遇到各种动载荷的作用这些动载荷是由震动、跌落、碰撞、颠簸或起飞着陆、紧急刹车、加速等引起的在这些动载荷的作用下，结构由于疲劳和过应力等而出现裂纹、断裂、位移、安装和连接松弛、磨损增大等现象，以及元器件因动载荷引起的性能下降、甚至失效这些，都要在动力试验中进行考察和检验动力试验可分为震动试验、冲击试验和加速度试验等几种，每种试验又包括结构试验和性能试验两个内容 ３、环境试验 针对飞机在飞行和地面停放过程可能遇到的各种环境条件进行的各种试验环境试验的内容十分广泛，通常进行的环境试验有温度试验、湿度试验、密封性试验、沙尘试验、淋雨试验等另外，根据需要还进行特殊环境试验，如高空试验、电磁辐射试验、低重力和失重试验等 ４、发动机热试车 在真实发动机上进行的试车，目的是检验在规定的环境条件下发动机的工作性能是否能满足设计指标的要求，同时业检验发动机自身结构的合理性 地面试验的内容还包括：试验样机的质心、转动惯量等的测定，稳定元件传递系数的试验等内容 飞机飞行试验 飞机在真实的飞行条件下进行的各种试验，简称飞机试飞。

飞机试飞的目的是验证理论和地面试验的结果，鉴定设计指标、适航性和使用性能 试验样机的试飞一般分为三个阶段： １、工厂试飞 这个阶段试飞的任务是检验飞机在各种情况下的稳定性和操纵性；确定飞行性能数据，并与估算的数据相比较；检查各个机构、系统、设备和武器（军机）的工作情况等提供工厂试飞，对所发现的问题应及时排除 ２、国家试飞 由国家指派某一机构（如我国的西安试飞研究院）主持试飞国家试飞的任务是检验工厂试飞的结果，并由国家试飞员对新飞机的性能、品质和结构等作出全面的评价 ３、小批试飞 由中等熟练程度的驾驶员进行试飞其主要任务是检查新飞机在正常使用条件下的工作情况 在新型飞机的研制过程中，除对样机进行试飞外，还有几项重要的试飞需要进行，它们是： 研究性试飞 为验证某项基础理论和技术，研究实验室内不能解决的复杂技术问题而进行的试飞，包括用试验研究机进行的研究试飞和一般试验机的专题试飞 出厂试飞 飞机投入批生产后出厂前的试飞，分为抽样试飞和交货试飞前者是从批生产中抽出一些飞机作特定科目试飞，以检查这批飞机是否稳定地达到设计指标；后者考核每架飞机的生产质量。

一般由制造厂按合同规定进行 验收试飞 使用部门根据合同规定检验飞机和机载设备的性能与质量的试飞，由使用部门派代表到制造厂实施 设计定型 根据地面试验和试飞所得到的技术资料，对新飞机的设计或工艺进行必要的修改如果试飞不成功，就应在采取改进措施后再次进行试飞；如果试飞获得圆满成功，就可进入设计定型阶段设计定型的主要任务是：①对新飞机的整体性能、品质和结构作出全面的鉴定；②对各项试验和研究结果进行细致的分析；③对设计资料（图纸和技术文件等）是否齐全配套进行认真的审查；④审查配套产品的定点情况；审查原材料、元器件的来源的落实等情况除此之外，还要决定这种新飞机是否通过设计定型和建议投入批生产前五项任务是由设计定型技术鉴定小组完成的，而设计定型的最后批准权由国家委派的有关定型机构掌握 对于民用航空飞机，根据适航条例的要求，新设计的飞机必须取得型号合格证才能投入生产，工厂必须取得生产许可证才能进行生产 工艺定型和批生产 经国家有关机构批准新飞机设计定型并决定进入批生产之后，批生产厂就应从设计单位接受生产、检验所需要的全部技术资料，并尽早进行生产准备工作。

准备工作的主要内容包括：①绘制模线，制造样板；②编制工艺规程；③设计和制造工艺装备；④拟定各种生产检验大纲；⑤生产设备、人员、工具、材料等的准备；⑥生产管理的一系列准备工作等 在大量的生产准备工作取得圆满结果之后，就可进入试生产阶段经过小批量生产过程的考验，应该对工艺规程和工艺装备进行必要的修改和调整然后再经过小批量生产的进一步考验，直到取得圆满结果这时，就可以进行工艺定型 工艺定型经过技术鉴定小组的审查和有关机构的批准之后，就可以正式开始批生产 发展和改型 新飞机在投入批生产、甚至交付使用之后，还有一个逐步完善和发展，改型的过程一种新飞机的研制过程需要相当长的时间据统计，从总体设计到交付使用，一般需要５至８年时间，甚至更长在这段时间内，新理论、新材料、新技术会不断出现，这时就有必要对飞机进行调整和修改，以便提高飞机的性能，这样便出现了改型 另一方面，用户对飞机的使用范围也会不断提出新的要求，这也迫使飞机不断地发展和改型 一种好的飞机稍加修改就可以成为一种更好的飞机，发展成为一个系列（如波音系列等）而设计不好的飞机很快就被淘汰，未能投入批生产就被淘汰的实例也屡见不鲜。

通过发展和改型，可以提高飞机的性能，扩大飞机的使用范围，延长飞。