北航先进飞行器设计工程复习题2014版.pdf

天之饺子 2014 北京航空航天北京航空航天大学大学硕士研究生硕士研究生课程课程 先进先进飞行器设计工程复习题飞行器设计工程复习题 20142014 版版 1 1 飞机研制的几个主要阶段及其内容 新规定或传统划分方法 飞机研制的几个主要阶段及其内容 新规定或传统划分方法 对于军用飞机 新飞机的研制包括五个阶段 论证阶段 研究设计新飞机的可行性 方案阶段 设计出可行的飞机总体技术方案 工程研制阶段 进行详细设计 提供图纸试制原型机 设计定型阶段 进行定型试飞 生产定型阶段 少量改进 小批量生产 对于飞机设计 传统划分方法包括 概念设计 初步设计和详细设计 概念设计 参数与重量 构型与布局 气动布局 结构布局 强度设计 装载布 置 动力与燃油 起落架装置及其他各系统 性能 试验 初步设计 各专业和系统的设计与分析 足够精度的外形数模 为全尺寸研制做 准备 试验 详细设计 实际的零部件设计和工艺设计 试验 2 2 写出重量方程 说明其中各项的意义 对于不存在重量突变的情况 试说写出重量方程 说明其中各项的意义 对于不存在重量突变的情况 试说 明采用该方程估算起飞重量的一般过程 明采用该方程估算起飞重量的一般过程 上式从左至右依次是起飞重量 乘员 有效载荷 燃油和空机重量 估算 3 3 升阻比升阻比L D 的的概念及主要因素 浸湿面积概念及主要因素 浸湿面积和和浸湿展弦比的概念浸湿展弦比的概念 升阻比 同一迎角下升力与阻力的比值 升阻比直接取决于两个设计因素 即 翼展和浸湿面积 浸湿面积 飞机总的外露表面积 可以看做是把飞机浸入水中会变湿的那部分 表面积 浸湿展弦比 翼展的平方与浸湿面积之比 0crewpayloadfuelempty WWWWW f e 0crewpayload00 00 f e 000crewpayload 00 crewpayload 0 f0e0 W W WWWWW WW W W WWWWW WW WW W 1WWWW 天之饺子 2014 4 下图所示各种尾翼布局 试从结构和气动综合的角度分析哪种布局对改出尾 旋最有利 答案不完整 飞机的方向安定性和操纵性是用立尾 腹鳍及方向舵来实现的 立尾在改出 尾旋中起着关键作用 为从尾旋中改出 要有足够的方向舵效率 在布置立尾时 要考虑使方向舵在大迎角时离开平尾的尾迹 尾旋时 飞机基本上是垂直下落 同时导致绕一垂直轴旋转 此时必须制止 旋转并减小侧滑角 从而要求有足够的方向舵操作 大迎角下 平尾失速 产生 紊流尾迹 并以大约 45 的角度向上扩展 作为经验法则 方向舵至少应有三 分之一必须在尾迹之外 将平尾上移也可减小平尾尾迹对方向舵的影响 但需要 提防上仰 背鳍因产生一个附着于垂尾上的涡而改善了大侧滑角下的尾翼效率 这可防止在尾旋中所遇到的那种大侧滑角 并在尾旋中增大方向舵操纵 腹鳍可 以防止大侧滑角 且不会被机翼尾迹淹没 还用于避免高速飞行中的航向不稳定 性 5 5 推重比和翼载的概念 内在联系 确定该 推重比和翼载的概念 内在联系 确定该二二参数的一般方法 课件上说根据参数的一般方法 课件上说根据 画图确定 画图确定 推重比 T W 发动机地面台架状态的推力值与飞机重量之比 翼载 W S 飞机重量与机翼参考面积之比 推重比和翼载是影响飞机性能最重要的两个参数 确定这两个参数的一般方法如 下 1 先猜一个推重比 2 计算各种状态下的翼载 失速 起飞 降落 机动 巡航等 3 选取最小的翼载 4 再重新计算推重比 天之饺子 2014 6 6 布局比较 布局比较 气动气动 结构结构 装 装载载 性能 维护 性能 维护和和代价等代价等 讲出主要理由 讲出主要理由 正常式布局正常式布局 多数飞机采用正常式布局 主要是因为正常式飞机布局积累的知识 和设计经验比较丰富 飞机正常飞行时 保证飞机各部分的合力通过飞机的重心 保持稳定的运动 正常式布局的水平尾翼一般提供向下的负升力 为了保证飞机 的静稳定性 飞机机翼的迎角大于尾翼的迎角 连翼布局连翼布局 与常规布局相比较 连翼的优点 提高了抗弯扭强度 减轻了结构重 量 提供直接升力和直接侧向力控制能力 减少了诱导阻力 减少了跨音速和 超音速波阻 可以更好的采用面积律 三翼面布局三翼面布局 在正常式布局的基础上增加了水平前翼构成的 它综合了正常式布 局和鸭式布局的优点 有望得到更好的气动特性 特别是操纵和配平特性 增加 前翼可以使全机气动载荷分布更为合理 减轻机翼上的气动载荷 有效的减轻机 翼的结构重量 前翼和机翼的襟副翼 水平尾翼一起构成飞机的操纵控制面 保 证飞机大迎角的情况下有足够的恢复力矩 允许有更大的重心移动的范围 前翼 的脱体涡提供非线性升力 提高全机最大升力 翼身融合体翼身融合体布局布局 把飞机的机身和机翼合成一体来设计制造 二者之间没有明显 的界限 其优点是减轻了结构重量 内部容积大 气动阻力小 改善隐身性能 飞行性能有较大改善 缺点是外形复杂 设计和制造比较困难 7 7 战斗机座舱几何尺寸主要取决于哪些因素 战斗机座舱几何尺寸主要取决于哪些因素 a 人体尺寸 b 座椅尺寸 c 操作和活动空间 d 安全弹射离机通道 e 仪表 板 显示器 f 操纵台 g 视界 座舱盖 h 设备安装 8 8 飞机推进装置有哪几种 各自的飞机推进装置有哪几种 各自的特点特点和适用范围是什么 和适用范围是什么 1 活塞式发动机 效率高 耗油率低 价格低廉 噪音较小 适用于小型低 速飞机 如小型公务机 农业飞机 小型多用途运输机等 2 涡轮喷气发动机 推力大 适合于较高速度飞行的飞机 在 0 7 3 0Ma 之 间使用 3 涡轮螺桨发动机 与活塞式发动机相比 具有功率重量比大 耗油率低 振动小和高空性能好的优点 适用于飞行速度在 500 700km h 的中小型飞 机 4 涡轮风扇发动机 亚声速飞行时有较好的经济性 适用于民航机使用 加 力式涡扇发动机加力比大 经济性好 适合于歼击机超声速飞行和亚声速 巡航 5 涡轮浆扇发动机 推进效率高 省油 将在新一代亚声速运输机上广泛使 用 6 垂直起落发动机 缩短起飞和降落时的滑跑距离 既可用于垂直起落 也 可用于水平飞行 一些军用飞机采用垂直起落发动机 7 冲压喷气发动机 与涡轮喷气发动机相比 构造简单 质量轻 推重比大 成本低 高速飞行状态下经济性好 耗油率低 适用范围 0 5 6Ma 常用于 靶机和飞航式战术导弹 也可用于高超声速飞行器 天之饺子 2014 9 9 飞机起落架形式和轮数与飞机飞机起落架形式和轮数与飞机重量重量的典型的典型关系是怎样的关系是怎样的 1 双前轮使用普遍 尤其是对采用弹射起飞的舰载机 2 重量大约在 50 000lb 以下时 考虑有一个轮胎瘪胎情况下的安全性 在每 个主轮支柱上采用双轮好些 但通常每个支柱还是采用单主轮 3 重量 50 000 150 000 lb 甚至到 250 000lb 每个支柱一般都使用双轮 4 重量 200 000 400 000 lb 通常采用 4 轮的小车式 5 重量大于 400 000 lb 采用四个轮轴架 每一轮轴架带 4 个或 6 个机轮 以便沿横向分散飞机的总载荷 lb 是重量单位 磅 1010 请列举飞机起落架的请列举飞机起落架的 5 5 个个主要参数 并说明其意义主要参数 并说明其意义 见见 1919 题题 1111 请说明 请说明下图中下图中 9 9 种种隐埋式发动机的进气道的进气位置 隐埋式发动机的进气道的进气位置 1212 下列座舱透明舱盖设计时需要考虑的下列座舱透明舱盖设计时需要考虑的 A A B B 角的名称分别是什么 并说明对角的名称分别是什么 并说明对 于战斗机它们通常的取值是多少 于战斗机它们通常的取值是多少 A 为正前方下视界 11 15 B 为正侧方下视界 40 天之饺子 2014 1313 简述在飞机总体布局设计中应考虑哪些因素的影响 简述在飞机总体布局设计中应考虑哪些因素的影响 飞机的气动布局通常是指其不同的气动力承力面的安排形式 全机气动特性 取决于个承力面之间的相互位置以及相对尺寸和形状 气动布局对不同的升力值 都能进行配平 在给定某一升力值时都能保持稳定的运动 选择飞机布局时 除 选择气动配平的形式外 还要考虑其他因素 首先要选择机翼的平面形状 尾翼 的尺寸和在飞机上的安装位置 然后是选择起落架的形式及其在飞机上的安装位 置 1414 简述飞机构型设计包含的内容 简述飞机构型设计包含的内容 飞机构型或布局是飞机各部件的数量 外形尺寸和相对位置的总称 构型设 计的内容包括外部布置和内部安排 飞机三视图或数模是主要标志 重要内部安 排的细节需要给出 并给出如浸湿面积曲线 容积分布曲线等曲线 1515 民航客舱布局设计考虑的主要因素是什么 民航客舱布局设计考虑的主要因素是什么 民航机在客舱布置中需要考虑的因素 舒适性占主要位置 而客舱的舒适性 主要取决于下列因素 座椅的设计和安排 特别是可调性和腿部空间 客舱布置和装饰的美感 旅客在舱内的活动空间 客舱内的微气候 即空调系统设计 舱内噪声和声共振 飞机加速度对旅客的影响 爬升和下降时机身的姿态 续航时间 卫生间 休息室和其他设施的舒适和方便程度 服务质量 乘务员的服务态度 娱乐 饮食等设施和安排 1616 民航飞机截面积尺寸和机身长度主要取决于哪些因素 民航飞机截面积尺寸和机身长度主要取决于哪些因素 机身长度及截面尺寸主要取决于客座量 座椅布置 过道 行李架 货仓等 因素 1717 进气道 进气道设计中如何控制附面层的影响 设计中如何控制附面层的影响 超音速飞机最常用的沟槽式附面层隔道 1 前机身附面层在分割板和机身之间的隔道流过 通过隔道斜板够成的沟槽排 出去 2 隔道斜板应具有不大于 30 的角度 其前缘应置于分割板前缘之后 1 2 倍高 度处 3 隔道高度可按经验取为进气道进口前机身长度的 1 3 4 附面层隔道的迎风面积应尽量小 以减小阻力 天之饺子 2014 1818 简述起落装置的组成及功能 简述起落装置的组成及功能 组成组成 起落装置由前 主起落架 机轮 刹车系统和减震器 及其收放 锁闭指 示机构 前 主起落架舱门及其收放机构和减速伞以及拦阻钩 如要求装 置时 组成 功能功能 起落装置供飞机在地面停放 滑行 起飞 着陆用 并吸收与地面冲击能 量和飞机水平动能 保证飞机滑行 起飞和着陆安全以及良好的操纵性 稳定性 1919 试列举起落架设计的 试列举起落架设计的 4 4 个主要参数及其各自的含义 个主要参数及其各自的含义 擦地角 对应于飞机尾部刚刚触地 起落架支柱全伸长 轮胎不压缩时 机头 抬起最高时的姿态 防倒立角 主轮在停机状态接地点位置到重心的连线偏离垂线的夹角 防侧翻角 飞机滑行时急剧转弯侧翻趋势的量度 前 主轮距b 主轮距B 停机角 飞机的水平基准线与跑道平面之间的夹角 2020 决定决定客舱舒适性的主要因素客舱舒适性的主要因素是是什么什么 座椅的设计和安排 特别是可调性和腿部空间 客舱布置和装饰的美感 旅客在舱内的活动空间 客舱内的微气候 即空调系统设计 舱内噪声和声共振 飞机加速度对旅客的影响 爬升和下降时机身的姿态 续航时间 卫生间 休息室和其他设施的舒适和方便程度 服务质量 乘务员的服务态度 娱乐 饮食等设施和安排 2121 试 试说明说明民机民机客舱段机身典型剖面的设计与布置 客舱段机身典型剖面的设计与布置 加加图示 图示 并说明其优缺点 并说明其优缺点 图图示见纸质版示见纸质版 1 圆形剖面 由一个完整的圆构成 优点 受力特性好 结构轻 易于加工 生产成本低 缺点 空间有效利用率低 2 多圆剖面 由多段圆弧和与其相协调的光滑过渡曲线组成 优点 空间能够得到充分利用 适合于直径较小的飞机或具有多层客舱的 大型飞机 缺点 结构设计及加工性能不如圆形剖面好 生产成本较高 3 其他剖面 适合于无法采用圆形或多圆剖面的情况 如机身剖面尺寸较小时 为了满 足使用要求二必须采用其他类型的剖面 天之饺子 2014 2222 试 试说明说明军用飞机军用飞机武器挂载的四种方式及其特点 武器挂载的四种方式及其特点 1 外部挂装 最简单和最轻的的方式 且具有更换挂装武器最大的灵活性 但是阻力极高 在近音速时 阻力会超过其他所有部件的总阻 力之和 不可能实现超音速飞行 而半埋式和共形挂装可以避 免这些问题 2 共形挂装 武器安装在机翼或机身底部 与外表面平齐 不破坏飞机结构 但是阻力比半埋式稍高 3 半埋式 其中一半明显在飞机凹槽内 可显著减小飞机阻力 但减少了运 载不同武器的灵活性 并且凹槽引起飞机结构重量增加 4 内挂 是阻力最小的一种 可以达到最大的格斗性能 并且应用广泛 常 见于轰炸机和战斗机 内部挂装的一个特殊类型是旋转式武器舱 2323 试 试说明说明燃油系统燃油系统的组成 的组成 1 燃油箱分系统 2 供油和输油分系统 3 通气增压分系统 4 地面加油和放油分系统 5 空中加油和应急放油分系统 6 惰性气体及抑爆分系统 7 油量测量分系统 8 散热器燃油的输送及回油分系统 2424 试说明 试说明对于不同高度和速度的飞机 设计时可选用的发动机类型 对于不同高度和速度的飞机 设计时可选用的发动机类型 飞行速度 300 400km h 不高于 Ma0 3 活塞式发动机 飞行速度 700 800km h 涡轮螺旋桨发动机 涡轮风扇发动机 涡轮桨扇发动机 亚声速客 货机 高于 Ma0 65 不带加力燃烧室的高涵道比涡扇发动机 超声速机动飞机 涡轮喷气式发动机 带加力燃烧室的低涵道比涡扇发动机 飞行速度超过 3000km h 的飞机 冲压喷气发动机 火箭发动机 其他类型的喷 气式发动机 如适用于 Ma 5 6 的脉冲式喷气发动机 2525 对在飞机上安装动力装置的要求是什么 对在飞机上安装动力装置的要求是什么 1 动力装置引起的附加阻力最小 2 进气及排气系统的布置应尽量发挥发动机的应有能力 3 发动机推力轴线位置应尽量减少对飞机操纵安定特性的影响 4 应保证发动机的使用维护方便 5 应防止跑道上的砂粒吸入 6 应保证安全防水 7 发动机固定接头应简单可靠 8 应保证发动机易于拆装 天之饺子 2014 2626 飞机进气道的飞机进气道的主要主要设计参数设计参数有哪些 有哪些 进口面积 外罩 唇缘 喉道面积 内管道参数 2727 飞机上的油箱分哪几类 并加以说明 飞机上的油箱分哪几类 并加以说明 1 独立油箱 飞机里用螺栓和隔板单独制造和安装的燃油箱 通常只在小型通用航空 飞机和自制飞机上采用 2 软油箱 将成型的橡皮包装入结构空腔而成 橡皮包装较厚 可使油箱容积损失 大约 10 此油箱被广泛采用 因为它能制成 自密封 油箱 如果一颗子 弹穿透 自密封 油箱 橡胶将填充这些洞 防止大量燃油泄漏 避免起火 的危险 从而极大地提高了飞机的生存率 3 整体油箱 机体机构的内腔经密封形成的油箱 较为理想的是整体油箱利用了现成 的封闭结构 例如翼盒 机身两隔框之间的内腔简单地构成 易于渗漏 在作战损坏的情况下有失火的危险 所以不能布置在座舱 进气道 弹箱及发动机附近 向油箱里填充一种多孔泡沫塑料可减少整体油箱失火的危险 但会损失 油箱容积 泡沫塑料 2 5 泡沫塑料吸油 2 5 对第四代战斗机 处于隐 身和超声速巡航的目的 须采用整体油箱以提高空间利用率 2828 说明起落架布置的主要说明起落架布置的主要几何参数几何参数 缺图 缺图 略 略 2929 试说明飞机对起落装置设计的基本要求 试说明飞机对起落装置设计的基本要求 在飞机起飞 着陆过程中吸收一定的能量 包括垂直和水平方向的 在滑行 离地和接地时飞机的任何部分不