航空飞行器系统工程概论第3讲XXXX0320(发布)

航空飞行器系统工程概论第三讲1航空科学与工程学院北京航空航天大学2013.3.20系统研制程序及工程专业综合回顾系统与系统工程概念☑航空飞行器工程系与统系统工程组成☑航空飞行器研制程序☑论证☑方案设计☑工程研制设计定型与生产定型研制工程中的工程专业综合民用飞机研制的安全性/适航性管理2航空飞行器工程系统与系统工程组成3飞行器总体设计系统工程工程系统需求系统综合传统工程技术:力学,机械,结构材料,发动机,电,气,液压,…工程专业:可靠性,维修性,保障性,安全性,测试性,…试验工程,生产制造,使用保障,后勤支援,..经费管理技术状态管理与性能度量系统工程管理计划计划管理系统分析与控制风险管理性能与效能分析系统工程组成4系统工程管理研制阶段划分系统工程过程全寿命周期综合与系统/故障/寿命周期相关的工程专业可靠性维修性安全性保障性测试性可用性经济性环境适应性……系统工程涉及系统工程管理和工程专业两大领域。Systemengineeringconsistsoftwosignificantdisciplines:thetechnicalknowledgedomaininwhichsystemsengineeroperatesandsystemengineeringmanagement.（DoD5000）我国航空飞行器研制程序我国航空飞行器的研制程序的五个阶段。5方案论证方案设计工程研制设计定型生产定型使命任务要求技术方案设计关键技术攻关样机设计制造研制总要求研制任务书详细设计鉴定试验运10：1970年8月，我国第一个大飞机项目“运10”启动，累计投入5～6亿RMB。1980年9月，首架“运10”成功试飞。“运10”先后在北京、乌鲁木齐、昆明等地起落，并先后7次飞抵起降难度最大的西藏拉萨机场。运10采用四台发动机，起飞重量110吨、航程8300公里、时速974km/h、升限1.2万米。发动机向国外采购，航电和机械系统国产化率超96％。6第一阶段论证案例运10：1985年，“运10”项目终止，原因：国家战略由以备战为中心发展到以经济建设为中心，经济性考虑；民航明确表示要进口更为安全和先进的外国飞机，认为运10刚达到60年代初期国外第一代喷气客机的水平。同时提出大飞机发展“三步走”计划：第一步是装配和部分制造支干线飞机；第二步是与国外合作，联合设计研制100座级飞机；第三步是2010年实现自行设计、制造180座级干线飞机。1985年，上海飞机制造厂与美国麦道公司合作组装生产MD82客机。至1997年8月麦道公司被波音公司并购，合作终止。上海麦道组装共生产了35架MD82客机、2架MD90客机。1996年，我国和空客公司开始联合研制AE－100型客机。1998年，空客终止了AE－100项目。我国大飞机的研制工作彻底停止。从“运10”到麦道合作项目，再到空客合作项目，国家研制大飞机的努力遭遇了三度夭折。7第一阶段论证案例运10方案的继承性：主要参考波音707，相同发动机；波音707和前苏联的“图104”、欧洲英国的“三叉戟”。8波音707是1950年代发展的首架四喷射引擎发动民航客机。是世界第一部在商业上取得成功的喷气民航客机。B-47“同温层喷气”是世界上第一种大规模生产、实用的中程喷气式战略轰炸机。1944，美国波音C-97运输机B-29轰炸机，更换大直径机身气动特性C-135军用运输机E-3预警机波音727机体设计第一阶段论证案例运10方案的继承性：波音707和前苏联的图104、欧洲英国的三叉戟。9图-104是前苏联研制的双发动机喷气式客机，是世界上是继英国的彗星客机之后第二款投入使用的商用喷气式客机。三叉戟（Trident）客机是由原英国德·哈维兰公司（后合并入英国航宇公司）根据英国欧洲航空公司（BEA）的需求而研制的三发动机中近程喷气式民航客机。第一阶段论证案例ARJ-21ARJ21（AdvancedRegionalJetforthe21stCentury）是我国研制，拥有自主知识产权的70~90座级中、短航程双发动机新支线客机。ARJ21的研制道路是中国研制大飞机的预演和奠基。ARJ21考虑中国航空运输发展的需要，兼顾国际支线航空运输市场的需求，确定了“适应性、舒适性、经济性、共同性和系列化”即“四性一化”的产品发展理念。ARJ21按民航运输类飞机适航规章CCAR25部、和美国适航规章FAR25部条款设计。ARJ21飞机2000年底立项，计划2003年首飞，后推迟到2006年。2007年12月份总装下线，首飞时间推迟到08年3月，再次被推迟到11月28日。原因：飞机关键系统供应商未能按时提供试验条件。10第一阶段论证案例研制历程ARJ21的国产化率不到10%，该项目有19个全球合作商，ARJ21-700整架飞机的生产分工，由中国、巴西、西班牙、比利时和智利等国家的供应商共同完成的。ARJ21-700项目招揽了许多世界知名的民航设备供应商：霍尼韦尔和帕克的飞控系统，罗-科的航电设备、美国通用电气公司发动机。ARJ21-700盈亏平衡点：10年之内出售200至250架飞机。按照波音公司的测算，未来20年中国所需的中小型支线飞机的比例只有12%，即总量不超过230架运十研制是100%的计划经济模式，几乎全部立足中国制造；ARJ21采用全球供应链配套。11第一阶段论证案例依据《飞机研制总要求》进行研制方案论证和验证，进行技术方案设计、关键技术攻关、新部件或分系统试制与试验，制作全机或部件样机，完成方案评审和样机评审，上报审批《飞机研制任务书》(附《研制方案论证报告》)。一．飞机总体技术设计确定飞机气动布局、配套技术状态，总体布置、分区协调和选择结构方案；对可靠性和维修性指标进行初步预估和分析论证，并在此基础上:1.确定飞机型号规范和配套技术状态；2.进行结构方案设计，确定机体结构承力系统，确定强度计算原则；3.制定飞机各系统设备设计技术要求；4.发出飞机三面图、总体布置图和重量、重心控制要求、分区协调规定等；5.制定可靠性大纲、维修性大纲、综合保障大纲；6.编制地面保障设备技术目录与协议、随机工具配套清册；7.修正研制费用，制定经费控制制措施，初步估箅全寿命期费用；8.修正零级网络图，制定各系统二级网络图；9.提出功能开发试验项目和计划、试飞项目和计划；10.落实研制、外协加工、物资引进、技术改造和基建计划。12第二阶段方案与验证飞机气动外形试验案例13第二阶段方案与验证07年7月10日，ARJ21-700飞机低速校核风洞试验模型准备运往荷兰DNW风洞进行全机低速风洞试验。模型比例1:5.8，为目前亚洲最大的全金属风洞试验模型。模型将全面校核ARJ21-700飞机的低速气动特性。2007年，ARJ21成功进行了模型自由飞飞行试验。模型自由飞失速飞行试验主要研究新支线客机的失速特性及改出方法。模型自由飞是由载机将模型携挂升空到1200米高空后投放，模型依靠自身重力俯冲加速到预定速度进行平飞。模型由操纵手通过地面监控站遥控进行各种预定动作，与此同时，地面遥测设备和模型内的测试设备记录模型的各种参数，为分析研究提供数据支持。飞机气动外形试验案例14第二阶段方案与验证1970年，航空成都飞机设计研究所开始进行第一套带鸭翼的高、低速模型风洞试验。1983年，歼-10飞机第一期高速风洞试验在四川进行，低速风洞试验在哈尔滨进行。气动外形设计试验涉及模型生产、风洞试验、数据处理、绘制曲线、结果分析、布局改进等工作。1984年，为选定气动布局方案，完成了两轮试验，累计进行了上万次的风洞试验，完成了上百万个气动力数据的分析处理。歼-10飞机首次超音速飞行试验发现飞机阻力过大，最大速度很难达到设计指标，根据试验结果进行气动外形外形瘦身，同时提高飞机表面质量。在半年多的时间里完成了必要的风洞试验二．系统技术设计工作1.制定各系统、分系统和主要机载设备技术规范(或设计任务书):2.完成结构方案设计;3.制定各系统、分系统接口拄制文件;4.签订新成品技术协议。三．功能开发试验1.修订全机试验验证计划，编制试验任务书、试验大纲、质量保证大纲，进行专用试验台建设，提出飞机试验件清单；2.对各系统的技术关键进行研究或验证试验；3.编写试验报告。四．成品协调和分区协调1.成品目录/供应方名单/新品研制合同；2.分区协调图/协调纪要/协调记录15第二阶段方案与验证五．样机设计、制造和评审飞机样机设计、制逍和评审是飞机研制程序中的一个重要环节。样机是全机或重点舱段的木质、金旧或金属/木质混合结构。如驾驶舱的金属结构模型。样机制作目的：检查飞机设计是否合理可行，是否满足是使用维护要求；展现新设计图样难以确切表达，而在生产使用中又是至关重要的技术内容。16第二阶段方案与验证案例：09年12月25日，C919大飞机机头工程样机主体结构在沪交付。工程样机既是飞机设计中总体、结构和系统各专业先进设计理念的检验平台，又是改进飞机设计的试验平台，主要用于驾驶舱和电子设备的布局协调、人机功效的检查、部分设备的功能验证试验等，是大飞机研制的关键项目之一。布里斯托T.188超音速技术验证机1、T.188被称之为“燃烧的铅笔”，要求执行任务飞机能在至少30秒的时间里达到2.6马赫，为了保证必要强度，机身构造主要采用不锈钢。2、由于T.188需要新型的不锈钢，需要新型的焊接技术进行机身的结合，在新型不锈钢可用以机身制造之前，光是不锈钢技术的研发就花了两年。3、发动机PS.50的直径比机身直径还要大，但是它不能提供足够的动力让188达到人们要求的速度。4、载油量和飞行时间不匹配，同于爬升加速到超声速就已经耗油大半。17方案阶段失败案例1时速：Ma1.88；翼展：10.69长度：23.67；高度：3.65飞机方案没有相匹配的材料、结构和生产能力！康维尔XFY-1垂直起降飞机1、应美国海军的要求研制的。任务是能在军舰的小甲板上垂直起降的战斗机以保护舰队。该机的特点是有十字形的尾翼，尾翼尖端有机轮，可以使飞机站立起来以利用狭小的军舰甲板。2、发动机性能不稳，垂直盘旋时操纵性极差，驾驶它垂直着陆是非常危险的。3、螺旋桨奇大，进入量产的版本最初计划安装一个截取信息的雷达探测器，但是无法设计一种装置让雷达不随着螺旋桨一起旋转。4、飞行员登机困难，降落操纵时，驾驶员必须要扭头越过肩膀去判断自己的方位，然后把弹射座椅调到45度，小心控制下降速度。18方案阶段失败案例2时速：982km/h；翼展：8.43长度：10.66；高度：6.98飞机方案对人机关系考虑不周！图-144超音速客机1、图-144是世界上最先首飞的超音速民航客机。1968年12月31日图-144原型机首次试飞，1975年12月26日开始服役。1984年后就彻底飞。2、图-144总共生产了16架，其中1架原型机，1架预产型图-144，9架量产型图-144。以及5架改进型图-144D。3、由于技术上、经济性方面存在问题，在研制过程中还发生两起重大事故。4、发动机在运行时产生的巨大噪音使乘客需要戴上耳塞，飞机机舱内的噪音居然比舱外的噪音还要大。19方案阶段失败案例3翼展（米）28.8机长（米）65.7机高（米）12.85标准客舱布局载客（人）140发动机四台库兹涅佐夫HK-144涡扇发动机空机重（吨）85最大起飞总重（吨）180最大巡航速度M2.35正常巡航速度M2.2巡航高度（米）18000最大载重航程（公里）650飞机方案的经济性和关键技术措施存在缺陷！20第三阶段详细设计与试制依据《飞机研制任务书》，进行飞机详细设计、和鉴定试验，证明基本达到规定的战术技术指标要求，试制和鉴定试验中暴露的技术问题已经解决或有切实可行的解决措施，达到设计定型试飞状态。一．详细设计主要工作内容1.编制发图/标准选用/材料选用等规定；2.绘制全套生产图祥(包括飞机设计、地面设备生产图样等）3.编制制造技术条件/配套目录/技术说明书/使用维护说明书4.完成飞机试制工艺方案/试制计划网络图/试制生产线准备5.完成成品样