第一章-飞机先进气动布局

现代飞机设计技术孟令兵航空工程学院现代飞行器设计技术主要相关学科飞机设计的主要内容一、飞行器总体设计技术（总体室）二、飞行器气动设计（气动室）三、飞行器结构、强度设计（结构室、强度室）四、人机环境与生命保障（环控室）飞行器总体设计（1）飞机隐身设计（2）飞机气动弹性设计与控制（3）飞机多学科优化飞行器总体设计（1）飞机隐身设计飞行器总体设计（2）飞机气动弹性设计与控制飞行器气动设计飞行器先进结构设计疲劳可靠性设计人机环境与生命保障主要成果现代飞机设计技术第7章飞行器多学科设计优化技术第8章航空电子综合系统与信息技术第3章飞行器推力矢量技术第4章飞机阻力和减阻技术第2章飞行器隐身技术第5章先进组合导航技术第6章飞行器计算机辅助设计技术第9章先进大型飞机设计技术第1章先进气动布局第1章先进气动布局平直翼（全球鹰）后掠翼（苏-27）前掠翼（S-37“金雕”）三角翼（台风）变后掠翼（苏-24）联翼布局（翔龙）第1章先进气动布局三翼面布局（苏-35）飞翼布局（B-2）乘波体布局升力体布局第1章先进气动布局1.1超声速巡航能力激波阻力第1章先进气动布局1.1超声速巡航能力减少“波阻”措施：（1）增大机翼后掠角，减小展弦比，减少翼型的相对厚度。（2）减少机身最大横截面积，增大机身长轴比。（3）整体采用翼身融合体以提高升阻比，减少外挂物。（4）按面积率进行机身修形设计。第1章先进气动布局1.1超声速巡航能力“协和”号超音速客机，存在耗油量大、噪声、安全性和废气污染等问题。第1章先进气动布局1.1超声速巡航能力F-22在不开加力的前提下，能够持续在1.5马赫左右进行超过30分钟的超音速飞行。第1章先进气动布局1.1超声速巡航能力F-35，外号“肥电”，无法超音速巡航第1章先进气动布局1.2高超声速飞行器马赫数≥5（1）高超声速气动设计（2）气动加热下的结构设计（3）高超声速推进系统第1章先进气动布局1.2高超声速飞行器（1）乘波体布局乘波体(Waverider)，是一种外形是流线形，其所有的前缘都具有附体激波的超音速或高超音速的飞行器。通俗的讲，乘波体飞行时其前缘平面与激波的上表面重合，就象骑在激波的波面上，依靠激波的压力产生升力。第1章先进气动布局1.2高超声速飞行器（1）乘波体布局特点：低阻力、高升力、高升阻比第1章先进气动布局1.2高超声速飞行器（2）升力体布局升力体是没有常规飞行器的主要升力部件－机翼，而是用三维设计的翼身融合体来产生升力。这种设计可消除机身等部件所产生的附加阻力和机翼与机身间的干扰。第1章先进气动布局1.2高超声速飞行器（2）升力体布局升力体的设计思想是由艾格尔斯和阿伦于1957年从事弹道导弹再入问题研究时偶然发现的。试验中，艾格尔斯注意到钝头锥形体耗散再入能量的速度要比尖头锥体快。更重要的是，锥形体上表面的平坦部分在穿过地球大气时可以产生升力，并增加气动稳定性。这一发现意味着可以造出一种无翼飞行器——它可以飞到太空，能承受再入时的气动加热，也能像普通飞机一样在空气中滑翔并有控着陆——升力体飞行器方案由此诞生了。第1章先进气动布局1.2高超声速飞行器（3）翼身融合体布局将机翼和机身合成一体来设计制造，二者之间没有明显的界限。第1章先进气动布局1.2高超声速飞行器（3）翼身融合体布局优点：结构重量轻、内部容积大、气动阻力小、有助于减小飞机的雷达反射截面积，改善隐身性能缺点：外形复杂，设计和制造比较困难。第1章先进气动布局1.2高超声速飞行器（4）细长机身布局机身细长，机翼短小。第1章先进气动布局1.3涡动力学与涡控制技术流体的涡旋运动大量存在于自然界中，如大气中的气旋、反气旋、龙卷风、台风等，大气中的涡旋运动对天气系统的形成和发展有密切的关系。第1章先进气动布局1.3涡动力学与涡控制技术传统层流理论第1章先进气动布局1.3涡动力学与涡控制技术1.3.1利用旋涡非线性升力的飞机布局飞机边条翼是涡流发生器，在大迎角低速飞行时，它会形成脱体涡流。它作用于机翼上表面既可增大机翼升力又具有引导作用，保证飞机低速飞行时的纵向稳定。第1章先进气动布局1.3涡动力学与涡控制技术1.3.1利用旋涡非线性升力的飞机布局气流从边条翼前缘通过会分离出稳定的漩涡(脱体涡，trappedvortex)，高速旋转的气流作用于机翼上表面时，提高了机翼表面的负压，漩涡强度随迎角增大而增大，产生很大的涡升力(Vortexlift)。协和飞机边条翼产生的涡流J18战斗机边条翼产生的涡流F22战斗机产生的涡流第1章先进气动布局1.3涡动力学与涡控制技术讲到这1.3.1利用旋涡非线性升力的飞机布局边条翼与近距鸭翼耦合第1章先进气动布局1.3涡动力学与涡控制技术1.3.2可控制的涡动力技术（1）前缘涡襟翼（2）吹起涡控制技术（3）非定常涡控制技术（4）扑翼的非定常涡动力根据已知的飞行定律，蜜蜂的构造是不可能会飞的，它们的翅膀太小，无法支撑它们肥胖的身体飞离地面。然而，蜜蜂还是飞起来了，因为它们从来都不相信人类所说的‘不可能’。第1章先进气动布局1.3涡动力学与涡控制技术1.3.2可控制的涡动力技术第1章先进气动布局1.3涡动力学与涡控制技术1.3.2可控制的涡动力技术TheEnd谢谢！