喷气式公务机设计概要

喷气式公务机设计一、拟定飞机的设计要求有效载荷：48人，75kg人行李20 kg人飞行性能要求：最大巡航速度：Vmax=800km/h最大航程： Lmax=3500km起飞距离： 小于1400m着陆速度： 小于270km/h二、方案设计思想围绕安全、舒适的主题，在保证性能指标的条件下，我们选择常规布局，下单翼，超临界翼型，双发发动机。选用超临界翼型的好处是有利于防止出现激波和减小附面层分离的程度，进而提高临界马赫数，还有利于减轻飞机的结构重量，同时改善低速飞行的性能。在座舱布置方面，我们适当增大了座舱的容积，使得座与座的距离增大，给乘客以舒适、宽敞的感觉。三、选定方案（1）具体方案布局形式：常规布局发动机形式：涡扇双发（法国透博梅卡公司研制的阿斯泰方2发动机）机翼布局：下单翼、后掠起落架的形式：前三点式尾翼布局：T形平翼、单垂尾（2）方案选择的原因发动机形式选择的原因：主要考虑对飞机的驾驶比较容易，噪声小，符合易操纵性和舒适性的要求；机翼布局选择的原因：我们的最大巡航速度是800km/h，大约是0.65马赫数，处在跨音速之间，所以，我们采用后掠翼，后掠角，超临界翼型，这样有利于提高临界马赫数，延缓激波的产生，避免过早出现波阻。下单翼便于安装起落架，且不挡住发动机的进气；起落架的选择：与后三点式相比，前三点式起落架在起飞滑跑、着陆和着陆滑跑时驾驶技术比较简单且飞行员座舱的视界较好；尾翼选择的原因：常规式，T形平尾，单垂尾能避免发动机尾喷气流达到平尾上，避免机翼下洗气流和螺旋桨滑流的影响，且外形美观。四、主要设计参数表1 飞机总体参数起飞重量（kg）5979.6使用空重（kg）4088.6空重（kg）3878.7装载重量（kg）475 机组人员重量（kg）180最大升力系数1.6零升阻力系数0.015推重比0.24翼载（9.8）420.26表2 机翼参数机翼面积，S（）11.7展长（m）8展弦比，A5.4后掠角，（）12相对厚度，12%翼型超临界翼型根梢比，0.5安装角，（）3扭转角（负），（）5上反角，（）3表3 机身参数长度，（m）21直径，（m）3最大横截面积，（）7.1机身长细比，7头部长细比， 1.5 尾部长细比，2飞机总体参数设计各成员报告一、起飞重量的估算 （任晓雪负责）（1）确定任务装载重量选定乘员5人、驾驶员1人、乘务人员1人 飞机装载重量 机组人员重量（2）初估起飞重量 起始重量设为72000N（3）确定任务燃油重量我们取的各任务段耗油比例为：开车、暖机滑行起飞爬升巡航下降着陆、滑行、关车0.9900.9950.9950.9800.8630.9900.992则任务燃油系数为：任务余油按起飞重量的5%，任务中使用的燃油为：任务燃油重量最终为（4）确定的试探值：（5）求得试探值： （其中大约是的0.5%或更多，这里取0.5%）（6）按 进行迭代其中，空机重量系数，参考民机手册，我们按计算空机重量系数。喷气公务机的A=0.2678，B=0.9979经过六次迭代，当时，误差为，所以起飞重量为58600N。二、推重比、翼载的计算 （吴国军负责）（1）查课本表2.2 最大升力系数典型值，公务机的最大升力系数在1.41.8，这里取1.6，零升阻力系数取0.015。（2）计算推重比根据课本的表2.7 推重比与最大马赫数的关系 取a=0.267，c=0.363，计算得推重比为0.24（3）确定翼载 a)根据失速速度确定翼载 其中， 计算得 ，即是 b)根据航程确定翼载 其中，计算得 ，即是翼载取两者中的最大值，故 。三、机翼设计 （杨玖月、朱金义负责）（1）机翼布局我们采用后掠翼，后掠角，下单翼，便于安装起落架，且不挡住发动机的进气；（2）机翼面积的计算利用翼载=W/S可以求得，机翼面积S=11.7平方米（3）选择翼型我们设计的喷气式公务机考虑经济性，以加强市场竞争中的优势，选择特定的超临界翼型。这样有利于提高临界马赫数，延缓激波的产生，避免过早出现波阻。（4）确定展弦比A机翼的几何展弦比是无量纲量，由下式确定： 其中，b是机翼的翼展，b=8m，计算得A=5.4 （5）确定机翼相对厚度机翼相对厚度 10%-15%，我们取12%（6）确定根梢比 （7）确定后掠角、安装角、上反角 后掠角 安装角 扭转角（负）上反角 （8）后缘襟翼和前缘襟翼一般都是和翼型配套使用，因此，在选定翼型后我们可以直接选择相应的后缘襟翼和前缘襟翼。四、机身设计 (刘先林、刘明敏负责)（1）机身横截面的形状 我们选择圆形横截面，它能在截面积一定时保证最小周长，或者在容积一定时保证面积最小，因而摩擦阻力也是最小。圆形截面对于承受密封载荷也是有利的，从而保证了最小结构质量。（2）机身参数的确定查表3.2（课本92页）得：kf=7、kfh=1.5、kft=2选的机身横截面为圆形，假设直径df=3m，由kf=lf/df得：lf=21m, 最大横截面积，机身容积机身表面积Sf=2.85lf=159.5m3飞机头部长度lfh=kfhdf=4.5m飞机尾部长度lft=kftdf=6m飞机座舱长度lz=lf-lfh-lft=10.5m座位示意图如下：舱位级别：I级豪华级座椅宽度a=700mm、过道宽度b=500mm、扶手与侧壁间距,取值Csw=75mm客舱装饰层厚度Ttp,取值35mm两排座椅纵向间距1080mm飞机壁厚：HfW85mm飞机座舱净高度h=2.35m擦地角=25o五、尾翼设计 （原斌、张杰负责）（1）尾翼布局尾翼选择的是常规式，T形平尾，单垂尾，这样能避免发动机尾喷气流达到平尾上，避免机翼下洗气流和螺旋桨滑流的影响，且外形美观。（2）确定几何参数 1.尾翼力臂约为机身长度的45%50%，2.尾翼面积 其中，对于T形尾翼，立尾容量系数由于板端效率可减少5%，平尾由于无扰动气流可减小5%，故 代入计算得：，3.确定平尾参数 展弦比：平尾0.5，垂尾0.8尖削比：平尾0.4，垂尾0.8后掠角：平尾75，垂尾50六、起落架设计 （魏旭杰、杨帅负责）（1）起落架的布置 选择前三点式起落架，与后三点式相比，前三点式起落架在起飞滑跑、着陆和着陆滑跑时驾驶技术比较简单且飞行员座舱的视界较好。主起落架安装在机翼后梁下面，收向机身，前起落架向后收入机身部分。（2）起落架的机轮数目选取主起落架各为一个主轮，前起落架为一个前轮1.纵向轮距：2.前轮伸出量： 3.主轮伸出量：4.轮距B： 5.防倒立角的选取标准：（1）不能过小，否则会发生尾部倒立事件；（2）不能过大，使前轮伸出量减小，造成前轮载荷过大，起飞时前轮抬起困难，使起飞滑跑距离过大，我们选取15度。6.主轮伸出角选取大小一般比防倒立角大12度，我们选取16度7.停机角卫视起飞距离尽可能短，我们选取2度起落架相关尺寸图如下：七、推进系统设计 （楚帅领负责）（1）设计设计具体参数总质量5979.6kg最大升力系数1.6展弦比5.4机翼面积11.7巡航速度800km/h（2）飞机在飞行速度大于0.6Ma时涡扇发动机的效率要高于涡轮螺旋桨发动机。题目中给出的巡航速度为800km/h0.65Ma，所以综合经济效益与安全性的要求拟采用涡扇双发。（3）根据推重比的统计值 =0.24，W=58600N得 T=W14650N因为是采用双发结构，故只需每台发动机提供T/2的推力，7.325KN比对现有各国民用小型我扇发动机，选定由法国透博梅卡公司研制的阿斯泰方2发动机，该发动机参数如下：直径625mm推重比3.92长度1900mm总压比8.5起飞推力765kg质量195起飞推力7.5KN涵道比7起飞油耗0.38kg