01-飞机气动布局设计简介

南昌航空大学飞行器工程学院课堂设计飞机气动布局设计简介课程概述•课程性质•地位作用•主要内容飞机气动布局设计简介•飞机的概念•气动布局•气动布局的定义•气动布局的形式•气动布局的设计•机翼设计•机身设计•稳定面设计•操纵面设计•进气道和机体综合设计•喷管和后机体综合设计•外挂物布局设计飞机气动布局设计的整体知识飞行器的分类飞行器：在大气层内或大气层外空间（太空）(含环地球空间、环行星空间和行星际空间)飞行的器械。航空器：在大气层内飞行的飞行器。如气球、飞艇、飞机等。近空间航空器：在近空间（高度20km～100km的近地空间）内飞行的飞行器。如高空长航时无人驾驶飞机。航天器：主要在太空飞行的飞行器。如人造地球卫星、载人飞船、空间探测器等。跨大气层飞行器：既能在大气层内飞行又能在大气层外飞行的飞行器。如运载火箭和航天飞机等。飞行空间飞行器航空器近空间飞行器航天器跨大气层飞行器术飞机的组成机身飞机推进系统飞机机体机载设备起落装置前翼尾翼机翼机械系统座舱显示武器与火控航空电子电源系统操纵系统发动机安装系统燃油系统液压系统环控和救生系统飞机的组成机载设备：由计算机控制的、复杂的、功能先进的管理、通信、导航、仪表等多门类系统飞机气动布局:飞机空气动力的总体设计，通常指飞机各主要气动部件的气动外形及其相对位置的设计与安排。飞机气动布局的定义气动部件机翼水平前翼水平尾翼垂直尾翼主气动部件辅助气动部件主要的气动布局形式:•常规布局•鸭式布局•无尾或飞翼布局•三翼面布局飞机气动布局的形式常规布局Su-27F-22常规布局：将飞机的水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼后面、飞机尾部的气动布局形式。又称之为正常式布局。鸭式布局JAS-39J-10鸭式布局：将飞机的俯仰主操纵面（水平前翼）放在机翼之前的气动布局形式鸭式布局的优缺点常规布局飞机重力配平升力机翼升力重力机翼升力配平升力鸭式布局飞机最主要的优点:•受力合理•增加升力•减小阻力最主要的缺点:•鸭翼失速问题•横向操纵效率不高无尾（飞翼）布局B-2幻影2000无尾布局：飞机没有水平前翼，也没有水平尾翼或垂直尾翼的气动布局形式。无尾布局的优缺点最主要的优点:•无尾布局飞机的重量最轻•结构和制造相对简单•成本和价格较低最主要的缺点:•飞机的纵向操纵和配平仅仅靠机翼后缘的升降舵来实现，则由于力臂较短，操纵效率不高。•在起飞着陆时，增加升力需升降舵下偏较大角度，由此带来下俯力矩，为配平又需升降舵上偏，因而限制了飞机的起飞着陆性能三翼面布局S-37机翼前面有水平前翼（鸭翼），机翼后面有水平尾翼Su-33三翼面布局的优缺点6.90.1三翼面布局飞机ny=7常规布局飞机ny=75.20.90.9最主要的优点:•气动载荷分配上也更加合理•综合常规布局和鸭式布局的优点最主要的缺点:•漩涡破裂，产生非线性的气动力•小迎角时的阻力比两翼面的要大飞翼布局B-2飞机只有机翼的气动布局形式。飞翼布局的优缺点优点:•一体化飞行器的优势内部空间的一体化翼身的相互融合•无尾优势减小飞机的重量减小阻力提高隐身性缺点:•纵向和航向都不易稳定机翼设计机翼的功用：产生升力需满足对要求：•飞行性能的设计要求•强度和气动弹性要求机翼设计包括:•翼型•平面形状•几何参数•弯扭•增升装置YX翼型翼型：平行于飞机对称面的翼剖面平凸形双凸形对称形圆弧形菱形图1-3翼型的中弧线和翼弦弦长翼弦后缘前缘弦长相对弯度、相对厚度、前缘半径、后缘角maxcfmaxcXfX•弦长：弦线被前、后缘所截线段的长度•相对弯度：翼型中弧线与翼弦之间的距离叫弯度。最大弯度与弦长的比值，叫相对弯度。相对弯度的大小表示翼型的不对称程度。•相对厚度：上下翼面在垂直于翼弦方向的距离叫翼型厚度。翼型最大厚度与弦长的比值，叫翼型的相对厚度。•前缘半径：翼型前缘处的曲率半径称为前缘半径。•后缘角：翼型上下表面在后缘处切线之间的夹角。翼型参数的定义maxcfmaxcXfX机翼的平面形状后掠机翼双后掠机翼三角机翼双三角机翼平直机翼菱形机翼前掠机翼曲线前缘机翼平直机翼A-10后掠机翼B-52双后掠机翼Mig-23三角机翼Mig-21双三角机翼J-7E菱形机翼YF-23前掠机翼S-37曲线前缘机翼英国“火神”战略轰炸机机翼的几何参数Sb0l/2真实机翼参考机翼b1•参考面积•展长•翼根弦长•翼尖弦长•展弦比•根梢比•前缘后掠角•安装角•扭转角•上（下）反角•机翼相对于机身的垂直位置边条翼边条翼：在中等后掠角、中等展弦比的机翼根部前缘加装一大后掠角尖前缘的细长翼所形成的复合机翼称为边条翼。在边条翼中，原后掠翼称为基本翼，附加的细长前翼称为边条。边条翼气动特点优点：增加升力减小阻力缺点：•在小迎角范围内，其升阻特性不如基本翼好•力矩随迎角的变化呈非线性机翼的增升装置增升装置：如果把机翼的前、后缘做成可活动的舵面，则其可改变机翼剖面弯度和机翼面积，增加飞机升力，改善飞机飞行性能。这种可增加飞机升力的活动舵面称为增升装置或襟翼。襟翼一般分为•前缘襟翼•后缘襟翼机翼的增升装置增升装置前缘襟翼后缘襟翼普通襟翼前缘缝翼前缘涡襟翼克鲁格襟翼开裂襟翼单缝襟翼多缝襟翼吹风襟翼简单襟翼双缝襟翼改变机翼剖面弯度改变机翼面积方式前缘襟翼普通前缘襟翼克鲁格襟翼前缘缝翼前缘涡襟翼后缘襟翼开裂襟翼简单襟翼单缝襟翼后退单缝襟翼双缝襟翼三缝襟翼机身设计机身的功用：•装载乘员、机载设备、动力装置及燃油等•将各翼面连成一体机身设计需考虑的因素:•机身最大截面、长细比、外形曲线；•机头外形、截面形状、长细比、弯度；•座舱盖风档形状、风档后掠角、座舱盖截面和长细比；•进气道和机体综合设计；•后机身和尾喷管综合设计，跨音速面积律修形；•翼身整流，包括机翼、机身以及鼓包的外形整流等；•翼身融合。翼身融合的优势•翼根区加厚而使飞机容积增加，结构空间增加•翼身光滑连接，有利于隐身设计•机身也产生较大升力从而可改善飞机的飞行性能稳定面设计•垂尾•腹鳍•平尾•V形尾翼•鸭翼垂尾单垂尾•展弦比•根梢比•后掠角•翼型•面积•前后位置双垂尾•展弦比•根梢比•后掠角•翼型•面积•前后位置•间距•倾角平尾•翼型•展弦比•根梢比•后掠角•上反角•面积•前后位置•上下位置操纵面设计俯仰操纵•升降舵或升降副翼：弦长、面积、偏度；•全动平尾：弦长、面积、偏度；•推力矢量。航向操纵•方向舵：弦长、面积、偏度；•全动垂尾：弦长、面积、偏度；•推力矢量。滚转操纵•副翼或升降副翼：弦长、展长、面积、偏度；•差动平尾或差动鸭翼：差动角度；•推力矢量（双发动机）；•扰流板：弦长、展长、面积、形式、位置。进气道和机体综合设计进气形式•机头进气•翼根进气•两侧进气•腹部进气•翼下进气•背部进气•短舱进气•腭下进气进气口前后位置进气口与机身外形综合设计短舱位置喷管和后机体综合设计喷管形式•收敛喷管•收敛扩散喷管•简单引射喷管•吸气门引射喷管•全调节引射喷管•锥形喷管等推力矢量喷管与机身外形综合设计尾翼与喷管的干扰外挂物布局设计外挂物的位置•翼下•翼尖•腹下外观形式•半埋式外挂•保形外挂小结课程概述•课程含义•目的•主要内容现代作战飞机气动布局特点飞机气动布局设计简介•飞机的概念•气动布局•气动布局的定义•气动布局的形式•气动布局的设计•机翼设计•机身设计•稳定面设计•操纵面设计•进气道和机体综合设计•喷管和后机体综合设计•外挂物布局设计作业•什么是飞机的气动布局？•飞机的气动布局主要有哪些形式？•简述Su－27和J－10飞机的气动布局设计的特点。