飞机总体布置课件

3.7飞机的总体布置（部位安排）,3.7.1.飞机总体布置的任务,(1)对全机的几何外形进行协调,(2)具体安排飞机内部的各种装载和设备,(3)合理布置飞机各部件的结构承力系统,(4)对飞机重心进行定位,1.气动特性对飞机几何外形的主要要求,(1)飞机在巡航状态飞行时，应具有最大的升阻比，最低的油耗；同时飞机的阻力应该最小,(2)在保证具有足够安全裕度的情况下，飞机在起飞着陆状态应具有最大的可用升力系数，以改善飞机的低速性能，缩短起飞着陆滑跑距离，并改善机动性,3.7.2几何外形的协调和修正,(3)飞机几何外形应尽量减小其零升阻力系数，保证在高速飞行时阻力最小，以满足高速飞行的需要,(4)应保证在所有的飞行状态下，飞机都具有合乎规定的稳定性和操纵性,(5)应保证动力装置具有最佳的工作环境和条件，最大限度地减小发动机的进、排气损失，等等,2.飞机几何/气动外形设计,(1)基础：已经确定的飞机构形各部件的主要参数,(2)步骤：,进行外形的初步协调,借助各种方法给出完善的理论外形,(3)手段：计算机辅助设计系统(CAD)，主要包括,AutoCAD,CATIA,Pro-E,UG等,实例：,728JET三维外形,F-22三维外形,高速民航机设计概念,翼身融合设计概念,(4)说明：,大多数部件纵向截面气动外形的光滑性是通过保持这些截面外形的一阶导数连续来保证的，特别重要的部件还必须保持其纵向截面二阶导数的连续。,通常对横截面光滑的要求较低一些，例如沿展向的机翼截面只要求有一阶导数连续就行了，而从结构工艺性的角度来说，则应尽量要求采用平直的简单外形。,所用的数学方法应该能够对飞机外形进行完全、唯一的描述，以便于采用数控机床加工。,常用的方法有：二次曲线法、圆弧法、指数方程法、样条函数和多项式解析法等，对于一些重要的复杂部件应用较多的是三次参数样条曲线、贝塞尔函数和B样条曲线等。,3.飞机三面图的绘制,(1)选择飞机三面图的比例和图纸的大小,常用比例：1:20、1:50、1:100,图纸的大小：0#、1#、2#、3#,(2)绘制机身的外形,满足飞行员视野/视界的要求,机身内安装发动机时，重点考虑进气道进口和尾喷口与机身的协调,(3)绘制平尾、垂尾等的外形,(4)绘制机翼的外形,根据确定的尾力臂，初步确定机翼的前后位置,根据布局型式，确定机翼的上下位置,根据机翼安装角，绘制机翼根弦与飞机水平基准线的相对位置关系,画出机翼的平均空气动力弦(相对位置、弦长等),(5)画出起落架的前轮和主轮,(6)初步确定的三面图需要进一步协调和修形，并与飞机结构布置及内部装在布置相协调,绘制襟翼、副翼的外形，标出其偏角和相对位置,(7)尺寸标注,总体尺寸,部件尺寸,部件相对位置尺寸：尾力臂、,特征尺寸：平均气动弦、后掠角、防后倒立角、,三面图的例子，示意的飞机三面图,3.7.3飞机内部装载的布置,1.飞机内部装载布置的原则和方法,(1)首先要考虑装载物所需要的工作条件、技术要求与使用维护要求。,(2)要避免突破飞机的气动外形，并要留有足够的结构高度，便于合理地进行结构布置。,(3)在可能的情况下，应按类别将装载物相对集中，使结构能综合利用，并使电缆、导管连接最短，以便减轻重量。,(4)满足飞机重心位置的要求。,(5)在方法上，先从安排主要装载入手，然后再逐步协调，直到把全部装载和各个系统安排妥当。,2.座舱布置,(1)任务,具体地确定座舱在机身上的位置、座舱的几何形状和尺寸以及座舱内部布置，满足良好的工作环境条件、乘坐环境条件等。,(2)战斗机驾驶舱的布置原则,保证驾驶员具有良好的视野/视界。,我国与驾驶舱和驾驶员视野/视界要求有关的规范有GJB19歼击机座椅基本尺寸、GJB35歼击机座舱几何尺寸、GJB307歼(强)击机座舱视野和主仪表板视区等。,战斗机驾驶舱基本几何尺寸的规定,驾驶舱的2个关键参考点：驾驶员眼位和座椅参考点。,驾驶员眼位用于确定视界/视野、玻璃折射角及驾驶员头部离座舱盖之间的间隙等。,座椅参考点是地板高度和伸腿空间要求的参考点。,典型战斗机/攻击机驾驶员视野/视界要求为：,前视界(向下)1115,侧视界(向下)3540,对于串列式双座飞机(军用教练机)，后座越过前座椅顶上要有5视界。,驾驶员头部压靠在座舱盖玻璃上能有向下70的侧视角。,上部和直到飞机尾部全部无遮挡，且座舱盖骨架宽度2in。,典型军用运输机/轰炸机驾驶员视野/视界要求为：,前视界(向下)17,侧视界(向下)40,水平线以上向前和向上的无遮挡角20。,F-16飞机采用的气泡式座舱,保证飞行人员有良好的工作条件和舒适的乘坐环境,座舱的尺寸要适当，不能太挤,仪表板与操作台上各种开关、手柄等的安排要合理，符合驾驶员通常的操作习惯,空调、通讯以及照明等设备和系统的布置要合理，保证驾驶员有良好、舒适的工作环境,座椅与驾驶杆和脚蹬的相对位置、驾驶杆与脚蹬的操纵杆力和行程都要合理,安全可靠的弹射救生系统,弹射通道的几何尺寸，必须满足弹射救生系统的需要，要保证全部飞行人员无障碍地弹射离机，即保证应急弹射的路程内，不能有任何构件的阻碍,(3)旅客机空勤组座舱的布置原则,空勤组人员的座舱安排在机身的前部，其尺寸和布局与空勤组的人员组成有关。,用于干线的旅客机，其空勤组通常由正、副驾驶员和随机工程师等三人组成，特殊航线时可能需要增加领航员和无线电通讯员，在空勤组座舱中应考虑给他们留有座位。,在布置空勤组人员座舱时，应特别注意要保证驾驶员的视界要求：,对于左边的驾驶员(即正驾驶员，通常也就是机长)无阻碍的视界：向左20，向右30，向下不小于16，向上20；后视界：向左应保证能看到半个翼尖、翼尖整流罩,在向左方位角2045范围内，只允许座舱结构有一根加强支柱,风挡主要承力支柱的结构，遮挡视界的阴影宽度不应大于70毫米,在驾驶员座椅平面内，驾驶员眼位至玻璃内表面的距离应不小于500毫米,为了保证视界，“协和”、图144飞机在起降时将机头下折：,(4)飞行人员座舱的布置方法,飞行人员座舱的空间几何尺寸和内部装载的设备、系统、结构等的安装协调关系十分复杂，通常采用以下方法协调布置：,用计算机进行立体造型的方法来协调解决,按1:1的比例制作木质样机，用设备实物进行协调,计算机立体造型座舱布置,座舱布置实例,(5)旅客座舱的布置,旅客座舵的布置，就是要布置安排好要求的旅客座位，并使飞机的空机重量最轻；同时也应考虑到增加旅客数量及对飞机进行改型的可能性。,现代旅客机按座位的舒适程度和在飞行中对旅客的服务条件，采用不同级别的座舱，I级是最高级、II级是旅行级、III级是经济级。,旅客座舱的宽度,旅客座椅的基本尺寸：,布置旅客座椅的基本要求：,通常采用由两个或三个座椅组成一个座椅单元的型式。I级客舱只采用由两个座椅组成的单元，II级和III级客舱可以用两个座椅的单元，也可以用三个座椅的单元。,I级客舱的座椅应有可以后仰45的靠背和放脚的活动台面，以保证旅客能半仰卧地休息；II级和III级客舱的座椅靠背应分别能后仰36和25。,II级和III级客舱的座椅靠背应能自由地向前倾。这样，一旦发生事故，后排旅的头不致碰到前排座椅的靠背。,I级客舱每一个座椅必须有两个扶手，II级和III级客舱的座椅，每排中两个座椅之间的扶手只有一个。,座椅单元之间过道的宽度，在距地板平面等于/大于635mm高度处(即座椅扶手高度处)，旅客数为20299人时，应不小于5l0mm，300人以上时，应不小于650mm。,旅客舱只有一条纵向过道时，在过道的每一边最名只能安排三个座椅，因而，如果每排座椅数多于6个时，则应安排两条纵向过道。,旅客舱的内蒙皮与座椅结构(按扶手处或上部靠背处)之间的间隙，对于I级客舱不应小于50毫米，对于II级和III级客舱应不小于30毫米。,III级客舱，因各排座椅之间的间距较小，座椅的座垫应是可折起的。,旅客舱墙壁的厚度，包括承力构件、隔热隔音层和装饰层，初步设计时可以取120l30mm。,旅客座舱的长度,旅客座舱长度的确定原则：,按给定的旅客人数和前面所选定的每排座椅的数目算出座椅的排数。,当然，由于机身需要有良好的流线型外形，旅客舱尾部的宽度要变窄，所以后面几排座椅的数目可能要减少，这时就要增加排数，以保证安排给定数量的座椅。,两排座椅之间的纵向间距应为30毫米的整倍数(英、美等国家要求为1英寸或25.4毫米的整倍数)。,I级客舱为980l080mm,II级客舱为840870mm,III级客舱为7808l0mm,从客舱前面间壁墙到第一排应椅之间的最小距离(l1)，对于I级座舱为630mm，II级座舱为615mm，III级座舱为585mm。,从客舱后面间的壁墙，到最后一排座椅的前固定点之间的距离(l2)最小值为：I级座舱1000mm，II级座舱800mm，III级座舱为750mm。,l2的尺寸还要求，当座椅完全向后倾斜时，与间壁墙之间的间隙不小于20mm。,旅客舱的宽度与长度之比客舱的形状系数，不应太小或太大，应在0.20.5的范围内选取。当旅客人数多时，可分成两个以上的舱室。,旅客舱的高度应该不小于1.9米，但也不能大于2.5米。,保证旅客舱有足够大的容积，保证每一旅客平均所占客舱容积不能太小。,客舱舱门及窗户等的布置,旅客数多于80人时，至少应有两个舱门，舱门应布置在机身的左侧，舱门向外开。,窗户的间距为500510mm，应与结构的隔框相协调，并便于在改变座椅间距时还能使用，结构上要求每个窗户的尺寸不能太大，一般宽200250mm，高320350mm。,还应按适航性条例的规定，布置足够的应急出口和配置足够的应急救生设备。,(6)旅客生活间和行李间的布置,行李舱和货舱的布置,旅客机的行李舱或货舱的容积，根据装载行李和货物的需要而定：行李数由旅客的人数及规定的每人行李数量即可以精确地算出；货物则按对飞机商务载荷的总要求来确定。,在布置安排行李舱或货舱时，应注意以下几点：,在机身直径较大的飞机上，行李舱和货舱通常是安排在旅客舱地板的下面，其高度不应小于1.1米。,行李舱和货舱最好是在机头和机尾各有一个舱室，以位于飞机调重心。,舱门最好安排在机身的右侧，尺寸不能太小，保证运货汽车装卸方便。,升限3000米以上的飞机，行李舱和货舱应是气密舱。,在计算行李舱或货舱的容积时，对旅客的手提行李与邮件及货物应该分开，因为它们的比重不一样。另外对于是否采用集装箱的情况也不一样。,厨房的布置,旅客人数少于100人时，可以只配置一个厨房。如果旅客舱有两个以上的舱室时，则不论旅客人数多少都应有两个厨房，其总容积(m3)为旅客人数的0.120.14倍，所占地板面积(m2)为旅客人数的0.050.1倍。,卫生间的布置,旅客机上卫生间的数量取决于旅客的人数和续航时间，一般续航时间小于2小时，每50名旅客左右应配置一个卫生间。每个卫生间占地板的面积不应小于1.51.6m2，宽度不应小于l米。,3.飞机动力装置的布置,(1)任务,具体安排发动机、进气道和尾喷管在飞机上的位置，保证各种飞行状态下，发动机都能正常工作。,(2)飞机动力装置的布置原则,在保证与其他部分互不干扰、相互协调的前提下，应尽可能减小飞机的总阻力和降低发动机的推力损失。,为此，应尽量使发动机的轴线与飞机的水平基准线相重合，并考虑到进气道及尾喷管调节系统的安排。,为使发动机能正常工作，并且保证发动机周围的部件或结构不致过热，应采取发动机及尾喷管的冷却和隔热措施，通常是布置导风罩，从进气道或机身外部引入冷空气，并安排隔热层。,应便于发动机的拆装和维护。,在机体上，要安排合适的使用分离面及发动机的检查、维护舱口，在分离面处的机体结构布置承力支点和承力结构。,发动机的各支点接头处应有足够的强度和刚度，以承受发动机的轴向推力、惯性力和陀螺力矩等载荷，而且应允许发动机因温度变化而自由伸缩。,(3)发动机在飞机上的安装形式,活塞式发动机和涡桨式发动机，通常都是以发动机架的形式安装在机身或机翼上。,此时重点要考虑的问题是螺旋桨与机体各部件之间气动力的相互影响，以及发动机的振动对机体结构的影响。,许多装涡喷/涡扇发动机的飞机，尤其是大型飞机，其动力装置多采用专门的吊舱型式。,吊舱结构与机身类似。此时动力装置的布置实际上是吊舱的设计问题，不会与飞机其他部分产生结构性干扰。,对于歼击/战斗机，一般把一台或两台涡喷/涡扇发动机装载机身尾段，并直接通过连接接头和拉杆固定在机身的加强框上。这种型式的动力装置布置起来比较复杂，存在着与其他各部分相互干扰的问题。,(4)进气道形式（略）,4.燃油系统的布置,(1)任务,对油箱、油泵、油管、加/放油口及通气口等进行具体安排和布置，重点是油箱的布置。,(2)油箱的布置原则,要充分利用机翼和机身的内部空间，保证足够的燃油容积，或者说尽量扩大机内载油量。,机身内空间较大，可采用金属硬油箱或橡胶软油箱；机翼内部空间较小，可采用整体油箱，以充分利用空间。,由于燃油是消耗性载荷，为了载燃油消耗过程中飞机的重心变化尽可能小，应让各油箱的组合重心与飞机的重心重合或靠近，燃油系统应能自动调节燃油的消耗顺序，控制因燃油消耗所引起的飞机重心的变化范围(战斗机应控制在5%平均气动弦的范围内)。,对机动类飞机，应布置倒飞油箱，以保证飞机倒飞时供油不致中断。,现代旅客机为了保证安全，机身上一般不安排油箱，而是将油箱全部布置在机翼上。,5.军用飞机武器的布置,(1)任务,对机炮、火箭和导弹等射击武器和炸弹、鱼雷等轰炸武器进行安排布置。,(2)军用飞机武器的布置原则,武器的布置应满足飞机总体性能的要求。,武器的安装位置和固定点的选择，应满足所装武器方面的要求，比如应保证射击和投放的方便，不受机体的干扰；安装点应具有足够的强度和刚度，以保证射击和投放的精度。,要考虑武器发射时对飞机重心位置的影响，应使武器载荷尽量布置在质心附近，避免武器的消耗对飞机操稳性能的影响。,保证武器发射时，不影响发动机的正常工作，导弹挂架和炮口位置不要布置在发动机进气口之前或尽量远离进气口，否则必须加装消烟装置。,保证维护和使用方便。,6.起落架的布置,(1)任务,在起落架的型式和基本参数选定的前提下，对起落架进行具体的布置，并与飞机结构布置相协调。此时需要确定：起落架支点和转轴在承力结构中的安装位置；起落架机轮收入机体中的舱室位置，即起落架舱的安排。,(2)起落架布置原则,必须保证全面地满足已经选定的各项几何参数及与飞机重心的相对位置,检查起落架放下时的着地点、轮距和高度等参数是否满足要求,保证起落架的减震性能、强度、刚度,尽量减小几何尺寸和减轻重量,考虑起落架收放对全机重心的影响,重点要考虑的问题是起落架在收上位置时，在机体结构中所占的空间,收藏起落架的空间越小越好，并要与机体结构和其他内部装载相协调，不能影响气动外形；当设置专门的起落架舱时，应尽量减小其阻力,起落架在机体上的安装点的布置，应与飞机机体结构主要承力构件的布置相协调,起落架的主铰点一定要安排在机体主承力构件附近，并应考虑承力构件的综合利用，尽量减轻结构重量,应对起落架的收放系统有所考虑。主要考虑减小收藏空间的要求，采用转轮机构等,7.设备舱的布置,设备舱的环境条件应满足所装设备的技术要求,工作条件相近的同类设备应布置在一起,应与飞机重心的调整一起考虑,为保证使用、维护方便，设备舱应尽量布置在结构开放性好的部位，并安排宽大且可快速拆卸的口盖,对于不需要经常拆装的设备，也需要布置必要的检查口盖,对于一些需要经常检查和调整的设备，最好制成标准尺寸的盒形件，作成抽斗式,对一个设备的维护、更换等工作，尽量不与其他设备干扰或不移动其他设备,8.操纵、电气、液压、冷气等各种系统的管路、电缆等的布置,总体设计阶段，只能对管路的走向作处初步安排，以避免与飞机结构及其他内部装载发生相互干扰，并对其中一些主要附件如液压助力器、液压油箱、冷气瓶等的安放位置做初步考虑,考虑飞机的生存力要求,3.7.4