飞机总体设计2

飞机设计的依据飞行器设计教研室飞机总体设计第二讲第二讲：飞机设计的依据飞机的设计要求飞机的设计规范飞机的总体技术指标设计要求示例设计大作业飞机的设计要求设计要求的提出—军用飞机通常由军方根据如下因素提出：政治上，未来政治环境和冲突规模的估计经济上，全寿命费用和承受能力的估计技术上，未来敌机发展的估计和新技术的风险分析来源：方宝瑞.飞机气动布局设计飞机的设计要求设计要求的提出—民用飞机民用飞机很难说有什么“固定客户”，因此要发展什么样的飞机，一般由飞机公司提出初步设想，经过与可能用户的商讨，再制定设计要求设计要求也需要有正确的预见性，因此必须必须进行长期的市场调查和详细的分析研究来源：方宝瑞.飞机气动布局设计飞机的设计要求飞机设计要求是一项技术文件，没有固定格式飞机设计要求的基本内容飞机的用途和任务•所设计的飞机是民用机还是军用机？•主要用途是什么？•其他用途又是什么？飞机的设计要求飞机设计要求的基本内容（续）任务剖面简单剖面：起飞－爬升－巡航－待机－下降－着陆飞机的设计要求飞机设计要求的基本内容（续）任务剖面作战剖面：起飞－爬升－巡航－待机－下降－投弹－爬升－巡航－待机－下降－着陆飞机的设计要求飞机设计要求的基本内容（续）任务剖面飞机的设计要求飞机设计要求的基本内容（续）飞行性能•最大飞行速度•升限•航程•爬升性能•加速性能•减速性能•盘旋性能•起降性能飞机的设计要求飞机设计要求的基本内容（续）有效载荷（Payload）•军机（飞行员、武器）•民机（机组、乘客、货物）功能系统•航电、安全、飞控等使用维护要求飞机的设计要求飞机设计要求的基本内容（续）机体结构方面的要求•正、负最大过载•承受动强度、使用寿命研制周期和费用民机的经济性指标•制造成本•直接运营成本（Directoperatingcosts，DOC）飞机的设计规范飞机设计规范由国家的有关部门制定和颁布，是指导飞机设计工作的通用性技术文件对各类飞机作了许多指令性的规定飞机的设计情况安全系数过载系数飞行载荷突风载荷飞行品质飞行包线起飞与着陆的要求飞机重心的稳定性裕度强度和刚度飞机的设计规范典型的设计规范美国•军用飞机设计规范（MIL）•联邦适航性条例（FAR-25、FAR-23）中国•军用飞机强度规范•中国民用航空规章（CCAR-25、CCAR-23）飞机的总体技术指标制定由总设计师和总体设计部门，根据飞机使用技术要求或战术技术要求，以及有关的设计规范和适航标准等文件而制定目的为了全面指导和协调整个飞机设计的工作内容飞机设计要求的具体化和某些必要的补充考虑当前和今后一个时期内，该指标有一定的先进性和现实可能性飞机的总体技术指标具体项目最大使用过载最大最大速压温度指标飞行包线—飞机的飞行特征和飞行高度的范围maxmaxmaxmaxqqq对应于某高度下的最大速度“裕度”maxqmaxq设计要求示例类型与用途作为与先进战术战斗机（AdvancedTacticalFighter，ATF）进行“高低搭配”的低端机型执行空对空作战的单座轻型战斗机尽可能地采用新技术以满足任务要求来源：AircraftEngineDesign,1987(2ndEdition,2002)设计要求示例任务剖面14个任务段20个任务段！设计要求示例任务剖面序号任务段名称任务段数据1起飞起飞时间=3min、起飞滑跑距离=304.80m、最小失速速度=53.34m/s、机场海拔高度=609.60m、跑道摩阻系数=0.052水平加速所在高度=609.60m、起始速度=0.18Ma、终止速度=0.70Ma、水平加速允许时间=30.42s、军用推力状态3加速爬升起始高度=609.60m、终止高度=13106.4m、起始速度=0.70Ma、终止速度=0.90Ma、军用推力状态4巡航巡航高度=13106.4m、巡航速度=0.90Ma、巡航距离=277.8km5下降起始高度=13106.4m、终止高度=9144.0m6巡逻待机待机高度=9144.0m、待机速度=0.68Ma、待机时间=0.33h设计要求示例任务剖面7水平加速所在高度=9144.0m、起始速度=0.68Ma、终止速度=1.50Ma、水平加速允许时间=50s、最大推力状态8巡航巡航高度=9144.0m、巡航速度=1.5Ma、巡航距离=185.2km9格斗盘旋盘旋高度=9144.0m、盘旋速度=1.6Ma、盘旋圈数=110格斗盘旋盘旋高度=9144.0m、盘旋速度=0.9Ma、盘旋圈数=211水平加速所在高度=9144.0m、起始速度=0.8Ma、终止速度=1.60Ma、水平加速允许时间=50s、最大推力状态12投放有效载荷投放的有效载荷的重量=295.74kg（2枚AMRAAM导弹）13投放有效载荷投放的有效载荷的重量=298.0kg（2枚AIM-9L导弹和1/2的炮弹）设计要求示例任务剖面14巡航巡航高度=9144.0m、巡航速度=1.5Ma、巡航距离=46.3km15减速爬升起始高度=9144.0m、终止高度=13106.4m、起始速度=1.5Ma、终止速度=0.9Ma、军用推力状态16巡航巡航高度=13106.4m、巡航速度=0.9Ma、巡航距离=277.8km17下降起始高度=13106.4m、终止高度=3048.0m18巡逻待机待机高度=3048.0m、待机速度=0.3Ma、待机时间=0.33h19下降起始高度=3048.0m、终止高度=1000.0m20着陆进场高度=1000.0m、着陆接地速度=70m/s、着陆滑跑距离=304.8m、机场海拔高度=609.6m、跑道摩阻系数=0.4设计要求示例性能要求起飞距离1500ft着陆距离1500ft最大速度2.0Ma/40kft超音速巡航要求1.5Ma/30kft加速性能0.8-1.6Ma/30kftt≤50s持续盘旋过载n≥5at0.9/30kftn≥5at1.6Ma/30kft设计要求示例有效载荷飞行员1名武器•AMRAAM×2326lb/枚•AIM-9L×2191lb/枚•25mm机炮×1270lb•炮弹×500550lb设计大作业－题目可选题目A—喷气式民用旅客机A1.参考机型Boeing737-700设计大作业－题目A2.任务剖面：A3.有效载荷：乘客数:120人机组数目：6人每人重90kg（含行李）(P.17)设计大作业－题目A4.飞行性能要求（参考数据）：巡航速度Ma=0.75巡航高度11000m航程5000km待机时间45min起飞／着陆距离1600m接地速度≤220km/h设计大作业－题目可选题目B—先进轻型战斗机B1.参考机型F-35A设计大作业－题目B2.任务剖面：B3.有效载荷：飞行员：1人100kg(P.16)中距空对空导弹×2近距空对空导弹×2机炮巡航起飞爬升加速冲刺格斗武器投放加速冲刺巡航下降待机下降着陆1413121110987654321设计大作业－题目B4.参考性能数据与设计过程DR-3轻型超音速巡航战斗机＊Raymer,D.P.AircraftDesign:AConceptualApproach,3rd,1999.（《现代飞机设计》,1992）设计大作业－报告内容与要求序号内容要求说明建议完成时间1拟定飞机的设计要求收集参考机型的数据，结合给定的基本要求，补充完善其它设计要求第1周2方案构思与对比提出两种以上的飞机方案构思，画出设计草图；对比优缺点，选定一种第1周3主要总体设计参数的计算给出详细的步骤说明飞机各主要设计参数的计算过程第2周4机翼外形参数的设计说明机翼外形参数是如何确定的，含襟翼和副翼的外形第2周5尾翼外形参数的设计说明尾翼外形参数是如何确定的第2周设计大作业－报告内容与要求6机身设计详细说明机身设计的过程和理由（给出若干站位处的剖面示意图）第2周7发动机及其他主要装载的布置确定发动机和武器等装载的位置第3周8起落架布置除位置参数外，还需确定轮胎尺寸第3周9绘制飞机三面图对设计草图进行细化，形成三面图（用Catia、AutoCAD等CAD软件绘制）第3周10三维建模用Catia建立三维模型第4周设计大作业－报告内容与要求Boeing757Airbus310利用catia完成的部分概念方案设计大作业－报告内容与要求11重量计算与重心定位列出所有计算公式和计算过程第4周12气动特性估算列出所有计算公式和数据表格第4周13飞行性能估算列出所有计算公式和计算过程第4周14完成设计报告报告中应编有目录、章节、总结和分工说明（A4幅面、正文小四宋体、1.5倍行距）第5周15汇报设计工作每组有10分钟的汇报时间，应做好幻灯片，进行讲演第5周设计大作业－分组要求题目名称组别人员总计68人（8组每组8-9人）设计大作业－注意事项第1周周4确定各组成员与组长（各班班长或学习委员负责上交名单，领取资料）设计大作业－注意事项人员分工参考：组长（协调、整理报告、汇报等）1方案确定所有成员绘图、CAD2参数选择（部件设计）3-4重量估算1气动估算1飞行性能估算1设计大作业－评分标准1）完整性2）正确性3）可行性4）清晰性5）汇报6）各成员表现设计大作业－NOTICE来源:BoeingWhetherwelikeitornot,weareallinthistogether.设计大作业－NOTICEDesignisachallengeDesignisimportantDesigncanbefunsource:W.H.MasonDepartmentofAOEVirginiaTech.复习题1.飞机的设计要求有哪些基本内容？复习题习题上交方式：作业用A4幅面的Word文档，发送电子版到[e-mail]按设计小组交，即每组的作业合并在同一个文档中，每页写明各自姓名和学号由组长指派人员发送，邮件名称注明组号和作业次数每四次课交一次作业谢谢！