（飞行器设计专业论文）民机客舱设计及其对重量和气动特性的影响.pdf

r 叁 n 删i l l gu 1 正v e r s i t ) ro f 腑。瑚r u t i c s 觚da s 仃0 n 硼6 c s t h eg r a d u a t es c h o o l c o l l e g eo f 址r o s p a c ee n 百n c e 血g c a b i n d e s i g no fc i v i l a i r c r a f ta n di t se f l e c t o n w e i g h ta n da e r o d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s a1 1 1 e s i si 1 1 f l i g h tv e h i c l ed e s i g l l b y s 1 1 is l l i c h m a 嘶s e d b y p r o x i o n g ( 1 i n g s u b i i l i t t e di l lp a l l i a lf u l f i l l n l e n t o f 廿l er e q u i r e 删斌s f o rm ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i l l e 耐n g d e c e m b e r ，2 0 0 9 j 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名：延 日期：型呈2 ：! 三 礴 | 奄 西 起 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 客舱设计是民用飞机设计中的重要组成部分。在民机客舱设计过程中，往往需要比较不同 的客舱设计方案，需绘制多个客舱布置方案；另外在客舱方案修改中也存在大量的重复工作和 劳动；而且在客舱设计时，还需要在保证安全性的前提下，充分考虑客舱的舒适性和经济性。 针对这些需求，本文主要完成了以下研究工作： ( 1 ) 对窄体客机客舱设计方法进行了研究。按照相关适航管理规定的要求，分别研究了 窄体客机客舱设计的设计要求和设计过程。并以一个典型的1 5 0 座级的客机客舱设计为例，详 细分析了客舱设计的各部分内容。 ( 2 ) 研究了一种窄体客机客舱的参数化设计方法。在飞机初步设计阶段，根据一些客舱 段主要控制参数，快速生成客舱内部布局设计方案和客舱段机身剖面形状的模型，免去了设计 师在多种布局方案下重复的手工操作，为客舱设计提供了一个工具。并以一个典型的1 5 0 座级 的客机客舱设计为例，详细介绍了客舱设计参数化方法。 ( 3 ) 应用c a t 队软件的产品工程优化功能，实现了客舱段机身剖面参数优化。帮助设计 师在确定了客舱和货舱的主要控制参数后，可以快速生成最优的客舱段机身剖面形状。 ( 4 ) 在建立了民用飞机最大起飞重量估算模型基础上，分析了各种方案的客舱设计参数 对飞机最大起飞重量的影响，讨论了客舱舒适性和飞机重量之间的关系。 ( 5 ) 建立了民用飞机气动分析模型，对比了几种客舱设计方案对飞机整机升阻比和零升 阻力的影响，给出了气动特性和客舱舒适度之间的关系。 上述设计案例和应用分析表明，本文提出的客舱参数化设计方法和客舱段机身剖面参数优 化方法能够帮助设计师快速确定客舱设计方案，并通过相应的重量和气动特性分析，优选出舒 适性和经济性较好的方案。为客机客舱设计工作提供了较为便捷和快速的方法和工具。 关键词：飞机总体设计；客机；客舱设计；参数化设计；c a = r i a 二次开发；机身：重量；气动 民机客舱设计及其对重量和气动特性的影响 a b s t r a c t c a b i i ld e s i 弘i s 姐i m p 耐a d tp a r to f t h ed e s i 皿o f c i v i la i r c f a f i i i lm ed e s i 弘晔e 豁，砌l 印l e d r 砒gl a ) r o u t sa 托n e e d e df o rd 调 e 僦tc a b i l ld e s i g ns o l 砸。璐，“h i c hi r l v o l 、他c o 璐i d e 胁l er e p e t i 吐y e w o 呔i n l ep r o j e c tm o d i 舭撕吼m e a 删沌i l c ，n 舱c a b i i lc o m 蠡) na n de c l 伽呵s h o u l db e 仨l k f h l l y i i l t 0a c c o u n to n 吐l ep f 耐o ft h es 嘣锣勰s m 狮c e t h i sp a p e rh 翘m c tt h er e q l l i 他m e n t si n 也e d e s i g n ，、槲bt h ed e t a i l e d 砌w o 咸豁f 0 u o w i i l g ： ( 1 ) n a 玎 w 由o d i c da i l c r a f tc a b ：i nd e s i 印m e m o dh 弱b c 锄s t u d i e d h l c o r d a n c e 础ht l l e 心l e v a n ta i l w t l l j m s sr e g u l 瓶。璐，w el l a v e 咖d i e dt l l ed e s i g l l 托q u i r e m e n t s 锄dp m c c s so f n 聆m r r o w b d d i e da j i 撒c a b i r i t a k e 廿舱c a o fn 圮b ，p i c a ll5 0 s e a t s 妇r a f tc a b i i l ；w c i l a v e 趾a l y z e d 删。懈p a r t so fc a b i nd e s i g m ( 2 ) w bi m ，ed e v e l 叩e dap 嬲衄咖妇dd e s i 弘o f ek i n do fn a 玎。似b o d i e da i l _ c r a f tc a ：b i i i i l l t l l ep 佗l i i i l i 眦r yp h 觞eo f 吐l ea i r r md e s 帆d e s i 萨e r 8a 心托l i e v e do f 即e t i t i v e 眦吼l a l ：o pe 豫_ t i o n ，o w i i l g t ot l l eq ：i l i c k r l y 寥n i 嚣删i n t e r i o rl 矗y o u td e s i g n 缸l dt l l e 如l a g p c r o s s - s e c t i o n 蛳em o d e lo f 血ec a b i i l 撕o n ，恤c ho 断圮t i d o l 矗) r 吐圯d e s i 印i l l g 7 k e t h ec 船eo ft h et ) ，p i c a l1 5 0 - a t sa i r c r a f tc a b i n ；w el l a l 、，ci i l d m l c e dm ep 缸锄e t e 】此e d m e 曲【o do f ca _ b i l ld e s i 星皿g ( 3 ) 厂i m m c a p p l i c a t i o n o f c a t 队s o 腑姗，w e l l a v e 孔1 1 i e v e dn l e p 锄m e t e r0 p t i n l i 刎o f m e f h s e l a g ec r o s s - s e c t i o ns h a p e ，w t l i c hc o u l dg e n e m 把锄叩血1 a lc r o s s - s e c 石0 ns l l a p eo ft h e f h s e l a g ec a b i i ls e c t i o na f i c rt h em 血c 咖lp 麟瑚e t e 稻h a v eb e 饥d e 锄m i 鹏正 ( 4 ) w bh a v ee s t a b l i s h e d 吐圮m a x i m u mt a l ( e _ 0 任w e i g h tm o d e lo fac 砒i 孤a i 】饼a f t 加l a l y s i so f m ce 丘i e c to fv a r i o 璐d e s i g npa r ：锄舱t c 搭o nt h e 出r a f tm 【i i m l mt a ：k c 巾伍w e i g h th 勰 州d e d t h er e l 撕sb e 咖n 她ca ：b i nc 锄f o r t 孤dm ew e i g h to f t l l ea i r c m f t ( 5 ) w bh a v ee s t a _ b l i s h c d 也e 扯r o d y m i n i c 如i a l y s i sm o d e io fac i 、，i la i | 赋c o m 麟她de n k t so f d i 岱硼舶tp l a 墙t h e l i f t 撕础。龃d z e h f t d m 舀趾d 即、，i d e d t l l e 蜥。璐b e 帆锄m e a e r o d 、阻锄i cd l 锄c t e r i s t i c sa n dc a b i nc 伽n 】f o 吨 1 ka ：b o v e 础n e dd e s i 髓锄da p p h c a 曲ns h o w 蛳o wp a 珊淝姗z e dc a b i nd e s i 伊a n d o p t i i n 洲f l l s e l a g e 啪s s - s c c d o ns h 印em o d c lo fc a b i i ls 6 0 nc 伽舱a c c e l e 塌绝t h es u r e ：呻鼹o f 也e d e s i g i la n dt h r o u g ht l l e 叩p r o p 酊a 钯锄- a l y s i so f l ew c i g h t 锄d 勰f 0 由俐cc h a 眦删c s ，w ec o l l l d 0 p 缸i z ead e s i 伊耐l l lb e t t 盯绷州岫觚1 i cc h 掘l c t 丽s t i c sa n dm 0 他c 伽蚴l ec a b i n c l l rw o f k s h o l l l dp r 0 、，i d et h em o 豫c 伽i v e n i e n tm 鲥的d s 柚dr a p i dt o o l sf 0 rt h e b i nd c s i g no fl a 增e rp 雏s g 盯 a 妣斌 l 口 ， 南京航空航天大学硕士学位论文 k e y w o r 出：础r c m f tc c 叩t i l a id e s i 萨；c i 词j e t ；c a b i i ld e s i 驴；p 娟蜘e 仃i cd e s i g l l ；a 盯从 s e c d a d rd e v d 叩赋斌；f u 1 a g e ；w e i g h t ；a e r o d y m i i l i c s m 民机客舱设计及其对重量和气动特性的影响 目录 第一章绪论l 1 1 客舱设计的内容1 1 1 1 客舱布局设计1 1 1 2 客舱外形设计2 1 2 客舱设计的重要性4 1 3 现今客舱设计的主要方法及现状。5 1 4 客舱设计对重量和气动特性的影响9 1 5 本文的目的与内容。1 0 第二章窄体客机客舱设计研究1 2 2 1 设计要求。1 2 2 1 - 1 适航要求1 2 2 2 其他设计要求“1 4 2 2 窄体客机客舱设计1 5 2 2 1 客舱布局设计方案的确定1 5 2 2 2 客舱布局设计方案的优化选择1 8 2 2 3 机身剖面设计2 5 2 2 4 方案符合性论证3 l 2 3 小结。3 2 第三章客舱设计参数化和三维显示。3 3 3 1c a a 二次开发技术3 3 3 2 客舱的主要控制参数3 5 3 3 参数化客舱布局设计工具3 6 3 4 机身剖面参数化定义。3 7 3 5 机身剖面参数优化。3 9 3 6 客舱三维显示。4 5 3 7 小结。4 5 第四章客舱设计参数对重量的影响4 6 4 1 重量估算模型4 6 4 2 客舱参数对重量的影响4 9 4 2 1 宽度控制参数对重量的影响4 9 4 2 2 长度控制参数对重量的影响5 3 ， 南京航空航天大学硕士学位论文 4 2 3 客舱组合参数对重量的影响5 5 4 3 小结。5 7 第五章客舱设计参数对气动特性的影响5 8 5 1 气动分析模型5 8 5 1 1 升力5 8 5 1 2 阻力6 0 5 2 客舱参数对气动特性的影响6 2 5 2 1 宽度控制参数对气动特性的影响6 2 5 2 2 长度控制参数对气动特性的影响6 5 5 2 3 客舱组合参数对气动特性的影响6 7 5 3 小结。7 0 第六章总结和进一步工作7 1 6 1 本文总结7 l 6 2 进一步的工作7 1 参考文献。7 2 致谢：。7 4 在学期间的研究成果及发表的学术论文7 5 v 民机客舱设计及其对重量和气动特性的影响 图表清单 图1 1 客舱布局设计示意图2 图1 2 机身剖面设计工作流程图3 。 图1 3 机身剖面设计示意图。4 图1 4 空客a 3 5 0 客舱7 图1 5 空客a 3 8 0 客舱中的卧室7 图1 6 波音7 8 7 客舱。8 图1 7 削 u 2 1 客舱9 图2 1 混合级1 5 0 座客舱1 7 图2 2 全经济级1 6 2 座客舱1 8 图2 3 高密度级l7 4 座客舱1 8 图2 4 方案二混合级l5 6 座客舱1 9 图2 5 方案二全经济级1 6 8 座客舱1 9 图2 6 方案二高密度级1 8 0 座客舱2 0 图2 7 方案三混合级1 5 6 座客舱2 1 图2 8 方案三全经济级1 6 8 座客舱2 l 图2 9 方案三高密度级1 8 0 座客舱。2 1 图2 1 0 方案四混合级1 5 0 座客舱2 2 图2 1 1方案四全经济级1 6 8 座客舱2 3 图2 1 2 方案四高密度级l8 0 座客舱2 3 图2 1 3 人体尺寸符号定义。2 6 图2 1 4 经济舱并排座椅布局。2 7 图2 1 5l d 3 4 6 型集装箱尺寸。2 8 图2 1 6 典型圆形机身剖面2 9 图2 1 7 多圆机身剖面2 9 图2 1 8 标准人与客舱侧壁间隙3 0 图2 1 9 圆形剖面机身轮廓图3 0 南京航空航天大学硕士学位论文 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 1 1 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 1 5 图3 1 6 程序工作流程图3 4 客舱设计程序界面。3 6 程序生成的客舱布局设计图。3 7 机身剖面参数。3 9 a 虹l a 产品工程优化器4 0 参数关系式定义。4 0 设计变量r 1 的设定4 1 设计变量a 的设定4 1 a 叮队产品工程优化器界面。4 l 优化后的机身剖面参数( 无约束) 4 2 机身剖面优化约束条件定义。4 3 优化结果界面。4 3 优化结果曲线。4 4 优化后的机身剖面参数( 含约束) 。4 4 ： 生成的1 5 0 座客舱三维图。4 5 图4 1 并排5 座客舱示意图4 9 图4 2 并排6 座单通道客舱示意图5 0 图4 3 并排6 座双通道客舱示意图5 0 图4 4 各方案最大起飞重量( 宽度控制参数不同) 5 2 图4 5 各方案最大起飞重量( 长度控制参数不同) 5 4 图4 6 各方案最大起飞重量5 6 图5 1不同失速速度对应的攻角和升力系数5 9 图5 2 襟翼展长比例因子的计算6 0 图5 3 各方案升阻比曲线( 客舱宽度参数不同) 6 3 图5 4 各方案极曲线( 客舱宽度参数不同) 6 3 图5 5 各方案升阻比曲线( 客舱长度参数不同) 二。6 5 图5 6 各方案极曲线( 客舱长度参数不同) 6 6 图5 7 各方案升阻比曲线。6 8 图5 8 各方案极曲线。6 8 v 民机客舱设计及其对重量和气动特性的影响 表2 1 每侧应急出口类型及其对应许可最大座位数1 3 表2 2 应急出口无障碍通道最小宽度要求1 4 表2 3各种应急出口配置方案对比1 6 表2 4 方案一布局参数1 8 表2 5 方案二布局参数2 0 i 表2 6 方案三布局参数2 2 表2 7 方案四布局参数2 3 _ 表2 8 各方案对比表2 4 表2 9 美国男性公民人体主要尺寸2 5 表3 1 混合级1 5 0 座客舱输入参数表3 7 表4 1 系统设备重量比重( 百分比) 4 8 表4 2 飞机主要设计参数5 1 ： 表4 3 各方案客舱参数( 宽度控制参数不同) 5 l 表4 4 优化得到的机身剖面尺寸5 1 表4 5 各方案客舱参数( 长度控制参数不同) 5 3 表4 6 各方案对应机身总长5 3 表4 7 各方案客舱参数5 5 表4 8 各方案机身外形尺寸5 5 表5 1 常见飞行状态采用的夕细取值。5 9 表5 2 升力系数o 5 时6 种方案升阻比( 客舱宽度不同) 6 4 表5 3 各方案零升阻力系数( 客舱宽度不同) 。6 4 表5 4 升力系数o 5 时6 种方案的升阻比( 客舱长度参数不同) 6 6 表5 5 各方案零升阻力系数( 客舱长度参数不同) 。6 7 表5 6 升力系数0 5 时6 种方案升阻比。6 9 表5 7 各方案零升阻力系数二6 9 i 南京航空航天大学硕士学位论文 注释表 机翼展弦比 机翼的展长 巡航阻力系数 巡航升力系数 升力线斜率 全机最大升力系数 配平状态下的升力 扶手与侧壁间隙 机翼的平均气动弦长 摩擦阻力系数 机身当量直径； 并排座椅最大宽度； 机身的最大宽度 机身框结构高度 升致阻力因子 公务舱座位宽度 公务舱过道宽度( 2 5 英寸以下) 经济舱座位宽度 经济舱过道宽度( 2 5 英寸以下) 巡航时升阻比 尾力臂 全机的等效长度 飞行马赫数 全机最大起飞重量 机身重量 机翼重量 平尾重量 垂尾重量 运营重量 动力装置重量 各系统、设备总重量 起落架系统重量 燃油重量 机翼理想结构重量 垂直尾翼重量 水平尾翼重量 发动机裸机重量 货物重量 飞机零燃油重量 经济舱每排座位数 经济舱排数 公务舱每排座位数 公务舱排数 飞机有效载荷 公务舱排距 经济舱排距 外露机翼的平面面积 全部机翼平面面积 全机的浸润面积 客舱装饰层厚度 飞行速度 1 g 过载失速速度 常规失速速度 零升力攻角 失速攻角 襟翼的偏转角 机翼1 4 弦线后掠角 坼心mm础忍只y 靠6q气o勺以足kk k肋膨心帆 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 客舱设计的内容 客舱设计是指民用飞机在概念性设计、初步设计直至详细设计阶段，都要进行的对于与乘 客最直接接触的客舱段的设计的全过程。客舱设计的成功与否成为了该型客机投入商业运营后， 能否取得乘客的认可，航空公司能否盈利的直接影响因素。客舱设计主要包括客舱布局设计， 客舱外形设计，客舱结构设计，客舱细节设计等一些主要设计内容。下面就本文主要涉及的客 舱布局设计和客舱外形设计内容进行进一步的说明。 1 1 1 客舱布局设计 客舱布局设计的基本要求是给乘客提供一个安全、舒适的乘坐环境，并提供相应的餐饮、 娱乐服务。舱门、应急出口布置( 包括形式，数量和位置) 应符合安全性要求，乘客服务设施 ( 如厨房，盥洗室，衣帽间等) 应布置合理。 客舱布局设计工作主要包括： ( 1 ) 乘客座椅布置； ( 2 ) 厨房、盥洗室、衣帽间、乘务员座椅的数量及位置的确定； ( 3 ) 舱门、应急出口类型、数量及位置的确定。 中国民用航空规章是安全性的最低标准，在客舱初步布局设计中主要体现在下列方面： ( 1 ) 应急出口类型、数量及位置的选择； ( 2 ) 应急出口处最小通道的确定： ( 3 ) 救生设各的布置。 在满足安全性要求的前提下，应考虑经济性，尽可能提高乘客的乘坐舒适度。好的乘坐舒 适度主要体现在下列方面： ( 1 ) 座椅排距大，乘客出入方便，下肢活动空间大； ( 2 ) 座椅宽度大； ( 3 ) 过道宽，当食品小车服务时，乘客能侧身通过； ( 4 ) 足够数量的舱门，最好每一级舱都有舱门，方便乘客上下； ( 5 ) 厨房大，数量多，能及时配置、提供多种食品饮料： ( 6 ) 足够数量的盥洗室、可达性好； ( 7 ) 衣帽间容量大，便于衣物挂取； 民机客舱设计及其对重量和气动特性的影响 ( 8 ) 行李间大，随身携带行李存放方便； ( 9 ) 客舱内装饰、照明好； ( 1 0 ) 配备机上娱乐系统； ( 1 1 ) 合适的客舱内温度、适度、通风、压力和低噪声； ( 1 2 ) 最好配备移动通信及无线上网系统等。 i 安全性、舒适度和经济性方面的要求总是有矛盾的，在客舱布局设计时必须很好的权衡这 几方面的要求。 在客舱布局设计时，应考虑到不同航空公司对客舱布置的不同要求，客舱布局应是可调整 的。如不同的座椅布局，厨房、盥洗室位置的改变，不同舱段之间隔板的移动等。因此，客舱 布局设计中应考虑下列可能出现的情况： ( 1 ) 客舱应布置成在座椅排列上具有灵活性，在不需要改动或少改动乘客服务设备或舱 内装饰的情况下就能改变座椅布局： ( 2 ) 应急出口的布置应考虑适应不同的座椅排距； ( 3 ) 当一个舱室变成两个舱室时，原来的一个厨房单元应分成多个单元，布置在不同的 ： 位置； ( 4 ) 可以改变盥洗室的数量和位置： ( 5 ) 在舱内任何地方都应可能安装隔板。 图1 1 客舱布局设计示意图 1 1 2 客舱外形设计 民用飞机客舱外形设计主要指客舱段的机身剖面设计。只有确定了机身剖面的形状后，才 可以方便的进行各部件，如机身、机翼、尾翼、起落架等构型设计工作。机身剖面选择的优劣 对民用飞机的性能、经济性和舒适度等极为重要。民用飞机发展的经验表明，在任何一个新型 号客机的研制中，机身剖面设计都十分重要，需要进行认真的论证。 对于民用飞机，安全性、经济性和舒适度是衡量其优劣的标准。在飞机设计的每一个环节 中，设计师们总是为突出飞机的以上三个特征而绞尽脑汁。当然，机身剖面的设计也不例外。 2 南京航空航天大学硕士学位论文 中国民用航空规章是飞机安全性的最低标准，也是机身剖面设计必须遵循的最基本的原则。 机身剖面直接影响民用飞机的经济性和舒适度。较大的剖面可使飞机的座椅宽度及客舱过 道宽度增加，提高乘客的乘坐舒适度，但同时会带来飞机重量和气动阻力的增加，从而导致飞 机性能和经济性变差。反之，虽然较小的剖面对飞机的性能和经济性有利，但却降低了乘客的 乘坐舒适度，从而削弱了飞机的市场竞争力。因此，在确定机身剖面时，应在飞机经济性和舒 适度之间取得最佳的折衷。 客舱段的机身剖面设计主要取决于机身内部布置，包括客舱布置与货舱布置。对于一般民 用飞机，经济舱占整个飞机客舱的绝大部分甚至全部，因此，客舱剖面的选取主要由经济舱布 置决定。货舱装载形式分为集装箱或货物托盘和散装式两类。集装箱和货物托盘适用于货舱较 大的飞机，如波音7 4 7 ，波音7 6 7 、波音7 7 7 、空客a 3 0 0 、a 3 1 0 、a 3 2 0 、a 3 3 0 、a 3 4 0 、朋1 8 0 等。飞机货舱较小时，难以使用集装箱或货物托盘，如波音7 2 7 、波音7 3 7 、波音7 5 7 、m d 8 0 系列等只能采用散装货物形式。集装箱或货物托盘的优点是：货舱空间利用率高，地面周转快， 恶劣天气下货物防护性好，货物丢失可能小，而散装反之。目前已有一系列国际标准集装箱和 货物托盘可供设计者参考和使用者选择。 机身剖面设计一般要经过确定标准人体尺寸，选择座椅尺寸，确定座椅布置形式，确定过 道数量及宽度，选择货舱装载形式，估算机身结构及装饰层厚度，选择机身剖面形式等工作【l l 。 机身剖面设计工作流程如图1 2 所示。 图1 2 机身剖面设计工作流程图 3 民机客舱设计及其对重量和气动特性的影响 图l - 3 机身剖面设计示意图 1 2 客舱设计的重要性 研制和发展大型客机，是国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 _ - 2 0 2 0 年) 确定的 重大科技专项，现大型客机重大专项已立项，已进入技术方案论证及选型阶段，中国人要用自 己的双手和智慧设计制造有国际竞争力的大飞机。要使我国自己设计制造的大型客机具有竞争 力、甚至国际竞争力，作为乘客与客机最直接、最主要的交互界面和实现飞机运营的主要功能 区域的客舱段是否表现突出有着很重要的影响。 中国商用飞机有限公司现阶段提出的我国大型客机设计方案为1 5 0 座级的干线客机，命名 为c 9 1 9 。目前，国际民用航空市场1 5 0 座级的干线客机基本被波音公司的7 3 7 系列客机和空中 客车公司的a 3 2 0 系列客机所垄断，而且这两种机型经过长期的发展都已比较成熟且形成系列 化。我国自主设计制造韵1 5 0 座级的干线客机若想参与国际竞争就势必以这两种成熟机型为主 要竞争对手，况且我国的大型客机推出较晚，若想在国际民用航空市场具有竞争力就要在安全 性、经济性、舒适度、环保性等一系列技术指标上超过两个竞争对手才行。作为直接与客户接 触的客舱就成了这些性能最直接体现的地方。首先，客舱的内部布局是否合理、舒适、人性化 已成为现今客机设计的重要内容，是乘客在旅途中选择机型的一个重要参考依据，同样也是航 4 南京航空航天大学硕士学位论文 空公司选择机型的重要衡量指标，现在国际上最新的空客a 3 8 0 、a 3 5 0 和波音7 8 7 飞机在客舱 布局上都采用了各种创新的理念和创新的设计，我国大客c 9 1 9 飞机作为计划在2 0 1 6 2 0 2 0 年之 间投入商业运营的新机种，就势必在客舱的舒适度和人性化上赶超国际水平。其次，客机机身 的大小和外形取决于座位数，所以客机的机身设计是从客舱的设计为起点，才能得到一个优良 的设计结果，同时机身剖面的形状和尺寸是与飞机的重量及飞行性能相关的，直接影响了整机 的安全性、经济性。所以，在进行大型客机初步设计阶段，在保证飞机安全性的基础上，设计 师一定要在客舱布局设计和机身剖面形状确定上下功夫，找到一个合理的舒适度与经济性的平 衡点，为大型客机选型提供重要参考依据。 1 3 现今客舱设计的主要方法及现状 由于上节所述的客舱设计的重要性，现今国内外一些专家和学者对客舱设计方法也做了相 关的研究，工程上也有一些比较出色的应用，下面将加以介绍。 h m p 笛撕b u 在2 0 世纪8 0 年代末期提出了利用计算机辅助设计的方法进行机身和客舱设 计的理论，并编制了相应的机身和客舱设计程序【2 】。 ： 德国的p 锻公司开发了一种基于知识工程的客舱设计软件p e l a bc a b i n 。该软件能够完成 客舱的大部分设计工作，主要面向世界主流客机生产商，空中客车公司就是p e l a bc a b i n 的使 用者之一例。 罗明强，冯吴成，李虎，武哲以开放系统o p c a d s 为平台，开发了一种民机客舱快速设 计方法【4 】。在o p c a d s 系统环境中建立了座椅、厨房、衣帽间等客舱组件的模型，并建立的 机身剖面构型和客舱快速设计环境。在此基础上，实现了客舱的快速设计和自动化调整。 廖慧君和张曙光研究了一种新型布局形式民机翼身融合布局客机的客舱设计方法【5 1 。 根据翼身融合布局自身特性，确定了翼身融合布局客机的适航要求和舒适性要求，并根据这些 要求确定客舱基本布局设计方案，进行了客舱设计方法的研究。 涂锴提出了一种面向客户的支线飞机客舱布局的模块化设计方法，该方法也是目前国际上 主流的客舱内部布局设计方法。 客舱布局模块化设计方法的基本思想是根据对市场的调研分析，识别潜在客户的实质性需 求，以良好的机体一即拥有合理设计参数的客舱作为基本平台，将厨房、盥洗室、衣帽间、储 藏室、乘务员座椅等设施作为功能模块，在可能的、合理的安装区域进行设计综合，通过统一 定义模块的外部尺寸和界面( 包括功能界面和物理界面) ，使得不同功能不同配置的模块可以在 基本平台相关的特定区域实现安装和互换。由基本平台+ 各个区域功能模块的组合+ 客户选择的 客座数量和排列方式，构成客舱布局成套的解决方案，而不是互相独立的若干个案。由于排列 组合的多样性，每个用户完全可以按照自己的营运特点，选择相应的功能模块进行组合，定制 5 民机客舱设计及其对重量和气动特性的影响 自己的客舱布局方案，实现相应的功能。这种方法的优点对客户而言是自主选择空间大大增加， 对制造商而言是可以用有限的成本实现丰富多彩的客舱布局。即使出于客户需求或技术进步， 需要增加新模块，模块与外部系统的界面和几何尺寸已预先定义，飞机制造商只需关注模块本 身的设计，从而节省了设计成本和所需时间。基本平台和功能模块能够平行研制生产，甚至可 以先完成机体，再设计模块，然后安装。同类模块还可以很方便地互换。这样不仅可以缩短设 计、制造周期，降低设计、制造和日常维护费用，用户还可以随着技术进步换装新模块，以最 小的成本实现功能或技术水平的升级嘲。 最近几年投入运营或即将投入运营的机型都在客舱设计上下足了功夫，下面就以几种典型 机型为例，介绍一下客舱设计的最新研究现状。 空中客车a 3 5 0 系列飞机作为一种干线客机，设计师把如何提高乘客在飞行中的舒适度和 愉悦性，如何使客舱给用户带来更大的灵活性作为了a 3 5 0 客舱设计的主要目标。一走进空客 a 3 5 0 的客舱，在入口区和舱门去都采用了新型的圆弧式设计，加上发出柔和蓝光的大吸顶灯， 首先给乘客一种进入星级宾馆的全新感受。在这个区域巧妙地综合了厨房、盥洗室和公用区等 各种设施，因此能够为乘客提供更宽敞、更个性化的空间。a 3 5 0 客舱新设计的舷窗不仅比a 3 3 0 ： 更大更宽，大大改善了采光性，而且还因为采用了新的舷窗环形框架设计，重新设计了表面齐 平的轮廓线，外观更具有时代感。a 3 5 0 客舱在头靠高度处的总宽度比a 3 3 0 多了7 6 厘米，再 次体现了a 3 5 0 客舱人性化设计的细节。朋；5 0 客舱的高度舒适度，还体现在它完全按照新一代 座椅标准的座椅设计和布局上。a 3 5 0 采用了两种标准宽度的软垫座椅：一种是用于高舒适性布 局，一排8 座的1 8 英寸座椅，座椅的宽度与触；8 0 、波音7 7 7 一排9 座的尺寸相当。一种是用 于短程高密度布局，一排9 座的1 7 英寸座椅，座椅的宽度与a 3 8 0 、波音7 7 7 一捧l o 座的尺寸 相当。从客舱的舒适度考虑，目前客舱每个座椅的扶手间宽度正在从1 7 英寸向1 8 英寸变化， 空中客车公司认为，a 3 5 0 的座椅的布局完全符合这个潮流。a 3 5 0 客舱在飞机交付前和交付后 都可以给客户提供很大的重新布局的灵活性，客户可以根据战略和市场的需求灵活的调整座椅、 盥洗室和厨房的布局。这是a 3 5 0 客舱的又一个特点。为此，朋1 5 0 客舱特别把紧靠着第二个舱 门后面的两排公务舱的区域设为特定的“灵活安装区”。在这个区域中公务舱的座椅是可以拆除 或移动的，而且在这个区域的所有其他设备，包括厨房、盥洗室，可以向前或向后移动约5 8 厘米，而不会影响所有移动区系统接口，从而将空出的空间增加经济舱座位。a 3 5 0 飞机在交付 给客户之前，客户可以根据自己的使用习惯和意愿对布局进行较大的改动，包括调整座椅位置。 和数量，重新布置厨房和盥洗室。在交付给客户之后，客户还可以根据自己的意愿对客舱的布 局进行有限的改动。同时a 3 5 0 客舱还为乘客准备诸如录像、卫星电视、移动电话、个人电脑、 无线上网和远程医疗等舒适设备。 6 南京航空航天大学硕士学位论文 图1 4 空客a 3 5 0 客舱 空中客车a 3 8 0 飞机是迄今为止客舱最大、载客量最多的民用客机。并且于2 0 0 8 年刚刚投 入市场运营，a 3 8 0 的客舱设计是先进客舱设计技术的典型代表【7 】。2 0 0 7 年1 0 月，空客a 3 8 0 到访中国大陆进行验证飞行，这给了中国乘客第一次与a 3 8 0 客舱零距离接触的机会。a 3 8 0 拥 有双层宽大客舱，当时到访中国的编号0 0 7 的空客a 3 8 0 客舱配备了5 1 9 个座位，其中上层客 舱设有6 4 个公务舱座位和1 3 6 个经济舱座位，下层主客舱设有1 2 个头等舱座位和3 0 7 个经济 舱座位。在机身前部和后部，上下层客舱都有超宽的楼梯相连，同时，酒吧区，休闲区都出现 在了客舱的标准配置当中。更为豪华的，在新加坡航空公司定制的a 3 8 0 的客舱中竟然出现了 豪华套房，使乘客能够真正的享受到空中床铺。 图1 5 空客a 3 8 0 客舱中的卧室 7 民机客舱设计及其对重量和气动特性的影响 波音7 8 7 梦想飞机是波音公司研制生产的中型干线客机。波音7 8 7 的客舱比其他中型飞机 都要宽敞，宽敞的波音7 8 7 客舱安装了比其他任何民用飞机都要宽的座椅，每个座位比波音最 接近的竞争对手至少宽0 5 英寸在每排8 座的经济舱布局下，波音7 8 7 更宽的机身提供了业 内最宽大的经济舱座椅宽达1 8 5 英寸。每排9 座的经济舱布局的舒适性可与7 4 7 经济舱相 媲美。波音7 8 7 的经济舱过道宽2 1 5 英寸，该宽度比典型的双通道飞机经济舱通道还宽2 5 英 寸。公务舱通道宽2 5 5 英寸，这一宽度使乘客可以很容易绕过正在供餐的餐车。波音7 8 7 的舷 窗是目前所有飞机中最大的( 高4 7 厘米，宽2 8 厘米) ，比竞争机型的舷窗大6 5 。无论坐在 飞机的什么位置，乘客都能欣赏地平线上的景致，这使乘客的飞行体验更加精彩。同时，波音 7 8 7 还拥有更为舒适的客舱压力，可控的空气环境和湿度，诸如模拟天空般的照明，可调亮度 的舷窗，更大的行李舱