短舱及起落架布置-纪文杰

发动机短舱初步布置一、发动机短舱布置的一般要求—在飞机整个飞行包线内，向发动机输送所需空气—必须有效地将发动机内流和绕其的外流分离开来—短舱外流阻力尽量小—有足够的空间安装发动机机械系统和附件—具备足够面积安装用于降噪的衬垫—便于发动机的检查和维修二、发动机短舱的类型—分离喷流的发动机，安装在有不同喷口的吊舱中—混合喷流发动机，安装在全长吊舱中一般对于民航客机而言，多采用分离喷流式发动机，故本飞机采用分离喷流式发动机。三、短舱几何参数的确定𝐷𝐼𝐻—进气道唇口直径𝑀𝐻—主整流罩最大高度𝐿𝐶—主整流罩长度𝐷𝐹𝑂—风扇出口处主整流罩直径𝐷𝐽—核心发动机气流出口处整流罩直径𝐿𝐴𝐵—燃气发生器后体长度参考同类飞机的发动机短舱参数，初步确定风扇直径𝐷𝐹=1.524𝑚=60𝑖𝑛，在无风海平面和标准大气压下起飞额定推力的总空气流量𝑊𝑎=310𝑘𝑔/𝑠=683.43𝑙𝑏/𝑠，另外已经确定发动机涵道比μ=6，总压比𝑂𝑃𝑅=22.6，最大使用马赫数𝑀𝑀0=0.82计算结果如下：进气道唇口直径为𝐷𝐼𝐻=0.037𝑊𝑎+32.2=0.037×683.43+32.2=57.49𝑖𝑛=1.46𝑚主整流罩最大高度为𝑀𝐻=1.21𝐷𝐹=1.21×60=72.6in=1.84m主整流罩长度为𝐿𝐶=2.36𝐷𝐹−0.01(𝐷𝐹𝑀𝑀0)2=2.36×60−0.01×(60×0.82)2=117.39𝑖𝑛=2.98𝑚风扇出口处主整流罩直径为𝐷𝐹𝑂=(0.00036𝜇𝑊𝑎+5.84)2=(0.00036×6×683.42+5.84)2=53.53𝑖𝑛=1.36𝑚核心发动机气流出口处整流罩直径参考同类飞机取𝐷𝐽=0.8𝑚=31.5𝑖𝑛燃气发生器后体长度参考同类飞机取𝐿𝐴𝐵=0.8𝑚=31.5𝑖𝑛核心发动机气流入口处整流罩直径为𝐷𝑀𝐺=(0.000475μ𝑊𝑎+4.5)2=(0.000475×6×683.43+4.5)2=41.6𝑖𝑛=1.06𝑚作出发动机短舱外形如下：（单位：米）四、发动机短舱的安装1、短舱安装的要求（1）有适当的通道纵深度—为保证机翼的气动效率和降低短舱阻力，在机翼和短舱之间需留有间隙（2）有适当贯入度—尾喷口平面与机翼前缘之间的距离，既短舱与机翼重叠的程度—与通道纵深度协调，使干扰阻力尽量小（3）进气口距地面有足够的高度，以避免形成地面涡系，从地面吸入异物（4）反推力喷流方向的控制—必须控制反推力喷流方向，以保证其不对襟翼和机身造成气动干扰，并避免发动机重新吸入排出的热气流（5）防爆—虽然风扇和涡轮叶片飞出的可能性很小，但万一发生，应使碎片不会对飞机造成额外的危险（6）短舱离地高度—在着陆时发生折断时，不致危机动力装置2、发动机短舱安装位置的初步确定（1）展向位置对于双发飞机，发动机短舱沿展向位置一般位于33%~38%的半展长处，本飞机的发动机短舱初步确定安装于沿展向35%半展长处。（2）短舱轴线的偏角和安装角：—偏角：短舱轴线相对于顺气流方向的夹角，一般为-2°左右—安装角：短舱轴线相对于当地翼面弦线的夹角；一般很小对于本飞机，发动机短舱轴线的偏角取-2°，安装角取0°。起落架布置一、起落架布置的一般要求能保证飞机起飞和着陆时所需要的姿态；使起飞和着陆时的滑跑距离最短；保证在地面滑跑过程中的稳定性和机动性；在起飞抬前轮、离地和着陆的各阶段，应只有机轮与地面接触；机体上有合适的结构件作为起落架的固定点，且有足够的内部空间来收入起落架。参考同类飞机，本飞机起落架采用前三点式布置。一、起落架参数的确定1、停机角ψ停机角是飞机的水平基准线与跑道平面之间的夹角。停机角应该按起飞的要求选定，应能使起飞滑跑距离最短。飞机起飞滑跑时的迎角为𝛼起飞=ψ+𝛼安装ψ=𝛼起飞−𝛼安装其中ψ即为停机角，停机角通常取值范围为0°~4°。参考同类飞机，本飞机的停机角取为2°。2、着地角φ着地角也称擦地角，是主轮接地点与机身尾部最低点间的平面和地面之间的夹角。着地角应该按飞机所需要的着陆迎角𝛼着陆确定，𝛼着陆满足𝛼着陆≤φ+ψ+𝛼安装所以φ≥𝛼着陆−𝛼安装−ψ参考同类飞机，本飞机的着陆迎角取为𝛼着陆=14°，则φ≥14°−3.9°−2°=8.1°3、防后倒立角γ防后倒立角的确定必须防止飞机在起飞和着陆过程中发生尾部倒立事故，重心线应在主轮接地点之前，即防后倒立角不能过小；另外防后倒立角也不能过大，否则会造成前轮载荷过大，起飞时抬前轮困难，致使起飞滑跑距离延长。防后倒立角可按γ=φ+(1°~2°)或γ=15°按确定。本飞机防后倒立角定为γ=15°。4、起落架高度h起落架高度是飞机重心到地面的距离。起落架高度的选择应该使飞机起飞和着陆有小俯仰角时，尾部不擦地，起飞和着陆有小滚转角时，短舱或外挂不擦地，为减轻重量，起落架高度尽量低。由试航条例取发动机短舱距地面高为0.43m，发动机短舱高1.84m，通道纵深度为0.44m，则ℎ=0.43+1.84+0.44+6.279𝑡𝑎𝑛5°=3.26𝑚5、前、主轮距b前、主轮距是前主起落架与主起落架机轮之间的纵向距离。飞机静止时前轮所承受的载荷约为起飞重量6%~20%，最佳值为8%~15%，过小会影响飞机在地面操纵，过大则不利于起飞时抬起前轮。前、主起落架的纵向位置要与在机身机翼上的连接结构协调，要与在机身、机翼的收藏空间协调。对于本飞机，静止时前轮所承受的载荷为起飞重量的8%，主轮所承受的载荷为起飞重量的92%。主轮与飞机质心的纵向距离为𝑐=ℎ𝑡𝑎𝑛𝛾=3.26×𝑡𝑎𝑛15°=0.87𝑚前轮与飞机质心的纵向距离为𝑎=92%8%𝑐=92%8%×0.87=10.05𝑚飞机的前、主轮距为𝑏=𝑎+𝑐=10.05+0.87=10.92𝑚6、主起落架的展向位置主起落架的展向位置又称起落架宽度，是主起落架机轮之间的距离。飞机滑行时急剧转弯有侧翻趋势，最小的主轮距应该满足不致使飞机侧向翻倒的要求，防侧翻角𝜃一般不大于55°。主轮距要与机翼或机身的连接件和收藏空间协调。防侧翻角𝜃应满足𝑡𝑎𝑛𝜃=ℎ𝐵𝑏√𝐵2+4𝑏2≤𝑡𝑎𝑛55°主起落架与发动机之间应留有一定的安全距离，即𝐵235%×𝑙2−𝑀𝐻2主起落架收起时不能相互干涉，即𝐵2ℎ将已知数据代入以上不等式，得主起落架的宽度范围为6.52𝑚≤𝐵8.51𝑚本飞机的主起落架宽度可取为7m。二、轮胎数目和尺寸的确定1、机轮布置机轮布置取决于跑道承载限制，典型的布置方式如下：2、轮胎类型轮胎类型分为低压轮胎（Ⅲ型）、超高压轮胎（Ⅶ型）、超高压低断面轮胎（Ⅷ型）。本飞机采用超高压轮胎（Ⅶ型）。选择轮胎数目和尺寸的一般原则如下：主起落架前起落架Type𝑊𝑡𝑜/lbDt×bt/in.×in.𝑃𝑚/𝑊𝑡𝑜轮胎数Dt×bt/in.×in.𝑃𝑛/𝑊𝑡𝑜轮胎数喷气客机116,000220,000330,000572,000775,00040×1440×1446×1652×20.549×170.940.940.930.930.942444424×7.729×7.740×1440×1640×160.060.060.070.070.0622222战斗机14,00025,00035,00060,00018.5×724×824×835×90.870.910.900.88112118×618×6.521.5×1022×7.50.130.090.100.121112喷气公务机12,00023,00039,00068,00022×6.327.6×9.326×6.634×9.250.930.950.920.93112218×5.717×5.514.5×5.521×7.250.070.050.080.071222单发螺旋浆飞机1,6002,4003,80015×617×616.5×160.800.840.8411115×612.5×514×50.200.160.16111𝑃𝑚-主起落架载荷𝑃𝑛-前起落架载荷Dt-轮胎直径（英寸）dt-轮胎宽度（英寸）对于本飞机，起飞重量𝑊𝑡𝑜=78462𝑘𝑔=172976𝑙𝑏，通过以上选择轮胎数目和尺寸的一般原则，可以确定飞机的主起落架轮胎直径为40英寸，宽度为14英寸，主起落架承受载荷为起飞重量的94%，轮胎数为4；前起落架轮胎直径为27英寸，宽度为7.7英寸，前起落架承受载荷为起飞重量的6%，轮胎数为2。对于本飞机，起飞重量𝑊𝑡𝑜=78462𝑘𝑔=172976𝑙𝑏，通过以上选择轮胎数目和尺寸的一般原则，可以确定飞机的主起落架轮胎直径为40英寸，宽度为14英寸，主起落架承受载荷为起飞重量的94%，轮胎数为4；前起落架轮胎直径为27英寸，宽度为7.7英寸，前起落架承受载荷为起飞重量的6%，轮胎数为2。