飞机总体布局设计

1单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级1航空宇航学院飞机总体布局设计2单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级2航空宇航学院概念设计流程设计要求、适航条设计要求、适航条设计要求、适航条全机布局设计全机布局设计发动机选择发动机选择机身外形初步设计机身外形初步设计机翼外形初步设计机翼外形初步设计方案分析与评估重量特性气动特性动力特性性能评估操稳特性经济性分析噪声特性排放量可靠性维修性机场适应性……方案分析与评估重量特性气动特性动力特性性能评估操稳特性经济性分析噪声特性排放量可靠性维修性机场适应性……确定主要参数确定主要参数尾翼外形初步设计尾翼外形初步设计总体布置总体布置形成初步方案形成初步方案设计优化满足要求？方案最优？优化满足要求？方案最优？YesNo分系统分系统初步方案初步方案初步方案分析优化3单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级3航空宇航学院什么是飞机总体布局(configuration)•指飞机几何外形的主要特征及飞机各种装载布置方案的总称。•通常区分飞机构型主要是根据部件的外形、数量和相对位置：-尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置-机翼的平面形状及其在机身上的安装位置-发动机（进气道）数目和安装位置-起落架的型式和收放位置4单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级4航空宇航学院影响飞机总体布局选择的因素•技术方面–气动特性：机翼－机身－短舱干扰阻力小，全机升阻比大。–结构特性：结构件综合利用；重量轻。–操稳特性：尾翼的临界M数大于机翼的临界M数。–重心位置：有效载荷、燃油和空机重心位置尽量接近。–使用要求：满足特殊的使用要求。–维修性：发动机和各种设备便于检查。•技术储备–是否已掌握了该布局的设计特点。•市场因素–研究市场（客户）对布局的偏好。•设计传统和风格5单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级5航空宇航学院飞机构型选择的思维特点•创造性–非逻辑性思维•非唯一性–虽然设计要求相同但构型可完全不同6单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级6航空宇航学院飞机构型的非唯一性（1）•幻影-2000-无尾布局型式-机翼形状：三角翼-蜂腰形机身-一台发动机装在机身尾段-机身两侧的进气道•F-16-正常式的布局型式-切角三角形的中单翼-翼身融合体-机身腹部进气-一台发动机装在机身尾段7单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级7航空宇航学院飞机构型的非唯一性（2）VulcanB-47起飞质量81.6T79T载弹量9.5T10T最大速1038km/h1050km/h航程7650km6500km“火神”采用无尾三角翼布局形式，4台发动B-47采用后掠翼的布局型式，6台发动机。B-47与“火神”飞机8单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级8航空宇航学院1.尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置•平尾前、后位置与数目的三种形式1．正常式（Conventional)2．鸭式（Canard）3．无尾式(Tailless)9单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级9航空宇航学院正常式飞机•水平尾翼的气动力-平尾对全机升力贡献的大小与重心的位置有关-纵向静稳定性•优点与缺点-技术成熟，所积累的经验和资料丰富，设计容易成功。-机翼的下洗对尾翼的干扰往往不利，布置不当配平阻力比较大。10单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级10航空宇航学院鸭式布局•全机升力系数较大；•L/D可能较大；•为保证飞机纵向稳定性，前翼迎角一般大于机翼迎角；•前翼应先失速，否则飞机有可能无法控制。11单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级11航空宇航学院鸭式布局•远距鸭式布局通常用在轻型亚音速飞机：AD100和AD200•近距鸭式布局–鸭翼前缘有较大后掠角，面积也比远距鸭翼(指战斗机)大得多。迎角不太大时，稳定脱体涡，提供非线性升力。–大迎角时，鸭翼脱体涡减缓附面层的分离，可以改进飞机的机动性和大迎角时的气动特性。–近距鸭式布局飞机多半为纵向静不稳定或稳定性很小：依赖于自动控制系统。-实例：SAAB-37战斗机；EF2000；我国新歼12单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级12航空宇航学院实例：鸭式布局13单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级13航空宇航学院LongEZ为什么采用鸭式布局?供业飞行余爱好者使用，防失速是最重要的!14单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级14航空宇航学院Proteus为什么采用鸭式布局?考虑任务载荷的多样性是首要任务UniqueConfigurationAdaptstomanyMissionRequirements15单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级15航空宇航学院•ModularityisKeytoMulti-MissionCapability–MidFuselageisaDedicatedPayloadComponent–WingandCanardtipscanextendtoadapttheVehicleAerodynamicstoawiderangeofPayloads.Proteus为什么采用鸭式布局?16单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级16航空宇航学院无尾式布局•用机翼后缘处的襟副翼作为纵向配平的操纵面，常采用后掠角较大的三角形机翼；•具有稳定性的无尾飞机进行配平时，襟副翼的升力方向向下，引起升力损失；•结构重量较轻：无水平尾翼的重量。•气动阻力较小：采用大后掠的三角翼，超音速的阻力更小；•起飞着陆性能不容易保证。17单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级17航空宇航学院实例：无尾式布局幻影2000正常式和无尾式飞机的零升阻力协和号超音速客机零升阻力18单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级18航空宇航学院尾翼数目、与机翼机身的相对位置(续)•平尾高、底位置-上平尾-中平尾-下平尾-“T”平尾-高置平尾19单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级19航空宇航学院选择平尾高低位置的原则•避开机翼尾涡的不利干扰将平尾布置在机翼翼弦平面上下不超过5％平均气动力弦长的位置，有可能满足大迎角时纵向稳定性的要求。•避开发动机尾喷流的不利干扰•有利于结构布置平尾安装在机身上对减轻结构重量有利考虑角度上平尾中平尾下平尾“T”平尾高置平尾结构重量轻较轻轻重较重20单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级20航空宇航学院不同平尾高低位置的实例米格15波音71721单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级21航空宇航学院垂尾的位置和数目•位置-机身尾部-机翼上部•数目–单垂尾•多数飞机采用单垂尾，高速飞机加装背鳍和腹鳍–双垂尾•压力中心的高度显著降低，可以减小由侧力所造成的机身扭矩。•可显著地降低其侧向的“雷达散射截面”-无垂尾22单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级22航空宇航学院实例苏27YB-4923单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级23航空宇航学院2.机翼平面形状及在机身上安装位置•机翼的平面形状-直机翼-后掠翼-三角翼-小展弦比•在机身上的安装位置-上单翼-中单翼-下单翼24单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级24航空宇航学院直机翼的特点•主要用在低速飞机•低速气动特性良好，诱导阻力小、升阻比大。•低速翼剖面的相对厚度比较大，结构布置、强度和刚度以及重量问题易解决。新舟60Y1225单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级25航空宇航学院后掠翼的特点•优点：–能有效地提高临界M数，延缓激波的产生，避免过早出波阻。•缺点：–气动方面：在大后掠角和大梯形比情况下，大迎角时翼尖容易先失速，从而使飞机的稳定性和操纵性变坏。–对机翼结构布置及其强度、刚度和重量特性的影响不利。26单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级26航空宇航学院不同形式的后掠翼27单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级27航空宇航学院后掠翼的广泛应用（1）高亚音速民用及军用飞机广泛采用后掠翼。轰六28单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级28航空宇航学院后掠翼的广泛应用（2）对于超音速飞机，后掠翼可以改善其跨音速的气动特性。F-86F-1429单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级29航空宇航学院三角翼的特点•优点–具有小展弦比和大后掠角两方面的特点，其跨音速气动特性良好，气动焦点变化较平稳。–根弦较长，在翼型相对厚度相同情况下，可得到较大的结构高度。–三角翼的气动、强度、刚度和重量特性均较好。•缺点–升力线斜率较小，飞行速度较小时需较大的迎角，才能提供足够的升力。–对于小展弦比大后掠角的三角翼，当迎角较大时，将产生强烈的下洗气流，尾翼布置困难。30单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级30航空宇航学院不同形式的三角翼幻影2000阵风（法）协和号超音速客机31单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级31航空宇航学院后掠翼、三角翼与小展弦比的比较因素后掠翼三角翼小展弦比阻力（M1.6)123阻力（M1.6）321重量312升力线斜率1232单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级32航空宇航学院机翼在机身上的安装位置因素上单翼中单翼下单翼干扰阻力21*3稳定性123视界123起落架重量3**21结构布置131安装吊舱123*有利于翼身融合，**若收入机身内，无影响33单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级33航空宇航学院机翼位置对气动特性的影响翼身组合体的极曲线对横滚力矩特性的影响34单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级34航空宇航学院中单翼飞机F-1635单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级35航空宇航学院下单翼（客机）A320为什么大多数喷气客机采用下单翼？9机翼结构可从客舱地板下穿过9起落架短、结构重量轻、易收放9发动机和襟翼易于检查和维修9安全考虑：强迫着陆时，机翼可起缓冲作用。不利因素：×机身机翼气动干扰较大×机翼离地近，吊舱安装困难。×部分客舱的座位的视线被机翼遮挡36单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级36航空宇航学院上单翼（运输机）C-130安-25运-8安-7237单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级37航空宇航学院为什么大多数军用运输机采用上单翼？为了满足使用要求，机身地板离地面尽量近。38单击此处编辑母版标题样式•单击此处编辑母版文