飞行器总体设计

1、会计学1飞行器总体设计飞行器总体设计第1页/共69页2第2页/共69页3第3页/共69页4 “勿在浮砂筑高台勿在浮砂筑高台” ” 候俊杰候俊杰 深入深入浅浅出出MFCMFC第4页/共69页5飞机的技术说明书飞机的技术说明书 简氏飞机年鉴简氏飞机年鉴 （Janes All The Worlds Aircraft）飞机公司宣传资料飞机公司宣传资料设计教科书设计教科书期刊杂志期刊杂志 互联网互联网第5页/共69页6v概念构思的体现概念构思的体现 概念草图概念草图（Conceptual Sketch）第6页/共69页7第7页/共69页8来源：KirschbaumsAircraft DesignHand

2、book, AircraftDesign Aid and LayoutGuide第8页/共69页9T1 “潮汐猎人潮汐猎人”T9第9页/共69页10第10页/共69页11重力重力推力推力阻力阻力升力升力来源：Introduction to Aeronautics:A Design Perspective第11页/共69页12第12页/共69页13参数参数飞机总体设计飞机总体设计本课程本课程重量重量 m (kg) 推力推力F (N) T (N)重力重力G (N) W (N)推重比推重比F0/G0 T/W0翼载荷翼载荷m0 /S (kg/m2 )W0 /S (kg/m2 )升阻比升阻比K=CL/C

3、D L/D第13页/共69页14第14页/共69页150crewpayloadfuelemptyWWWWW()()()()(/)(/)fe0crewpayload0000fe000crewpayload00crewpayload0f0e0WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW1WWWW乘员乘员有效有效载荷载荷燃油燃油空机空机重量重量第15页/共69页16第16页/共69页17 W We e /W/W0 0 =AW=AW0 0C C K K vs vsA AA-A-公制公制 C C双发涡轮螺桨飞机双发涡轮螺桨飞机0.960.960.920.92-0.05-0.05喷气式教练机喷气式教练机1.

4、591.591.471.47-0.10-0.10喷气式战斗机喷气式战斗机2.342.342.112.11-0.13-0.13军用货机轰炸机军用货机轰炸机0.930.930.880.88-0.07-0.07喷气式运输机喷气式运输机1.021.020.970.97-0.06-0.06Kvs= 可变后掠常数可变后掠常数 = 1.04 对可变后掠机翼对可变后掠机翼 = 1.00 对固定后掠机翼对固定后掠机翼 复合材料的应用：复合材料的应用： 近似为近似为We /W0 统计值的统计值的0.9倍倍第17页/共69页18ii-1WWi+1iWW或或第18页/共69页1973567124oo123456WWW

5、 W WW WWWW W W W W W W第19页/共69页20任务段任务段(Wi/Wi-1)暖机和起飞暖机和起飞0.970爬升爬升0.985着陆着陆0.995第20页/共69页21i 1iWV LRlnC DWV = 速度 (ft/s 或 m/s)R = 航程 (ft或m) E = 工作时间或待机时间（s）C = 单位耗油率单位耗油率 L/D = 升阻比升阻比( /)ii-1WRCexpWV L D/i 1iWL DElnCW/ii-1WECexpWL D第21页/共69页22典型喷气式发动机的典型喷气式发动机的 SFC: 1/hmg/NSFC: 1/hmg/Nss巡航巡航待机待机纯涡轮喷

6、气式纯涡轮喷气式0.925.50.925.50.822.70.822.7低涵道比涡轮风扇低涵道比涡轮风扇0.822.70.822.70.719.80.719.8高涵道比涡轮风扇高涵道比涡轮风扇0.514.10.514.10.411.30.411.3第22页/共69页23典型的典型的 C Cbhpbhp/ /p p巡航巡航待机待机活塞式螺旋桨（定距）活塞式螺旋桨（定距）0.4/0.80.4/0.80.5/0.70.5/0.7活塞式螺旋桨（变距）活塞式螺旋桨（变距）0.4/0.80.4/0.80.5/0.80.5/0.8涡轮螺旋桨涡轮螺旋桨0.5/0.80.5/0.80.5/0.80.5/0.8P

7、bhpfVWC550C/推力时间第23页/共69页24.()fx00WW106 1WW001WWWx第24页/共69页250crewfixeddroppedfuel0payloadpayload0()eWWWWWWWW6777766660011droppeddroppeddroppedWWWWWWWWWWW 6356124oo12345WWW WW WWWW W W W W W其中其中第25页/共69页26671314114.land0oo561213W WWWWWWWWWW WWW0fusedlanddroppedWWWWfuelfusedWW0W第26页/共69页27等效展弦比=aMacm

8、axaC喷气教练机4.737-0.979喷气战斗机（格斗） 5.416-0.622喷气战斗机（其它） 4.110-0.622军用运输/轰炸机5.570-1.075喷气运输机7.500等效展弦比=翼展的平方/（机翼和鸭翼面积） 第27页/共69页28参参 数数B-47火神火神S参考参考14303446S浸湿浸湿113009600展长展长11690S浸湿浸湿/S参考参考7.92.8展弦比展弦比9.43.0浸湿展弦比浸湿展弦比1.21.2L/Dmax17.217.0第28页/共69页29Sjr/S （或或Swet/Sref）等效展弦比等效展弦比 l2/S浸润展弦比浸润展弦比 l2/Sjr概念概念草图

9、草图+第29页/共69页30最大升阻比！最大升阻比！巡航巡航待机待机喷气式喷气式飞机飞机0.8660.866L/DL/DmaxmaxL/DL/Dmaxmax螺旋桨螺旋桨飞机飞机L/DL/Dmaxmax0.8660.866L/DL/Dmaxmax最大升阻比与浸湿展弦比的关系图第30页/共69页31 u 任务段中不得进行有效载荷的投放任务段中不得进行有效载荷的投放u 迭代通常只须几次就可以收敛迭代通常只须几次就可以收敛()()()()(/)(/)fe0crewpayload0000fe000crewpayload00crewpayload0f0e0WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW1WWW

10、W第31页/共69页32第32页/共69页33任务剖面任务剖面概念草图概念草图航程的权衡航程的权衡第33页/共69页34第34页/共69页35第35页/共69页36第36页/共69页37第37页/共69页38第38页/共69页39已有的飞机总体布局型式2.6 2.6 总体布局形式的选择（方案设计）总体布局形式的选择（方案设计）第39页/共69页40注意：除考虑气动布局以外，还要考虑：注意：除考虑气动布局以外，还要考虑：1 有效载荷的布局形式2 巡航状态的主要升力系统形式和增升装置布局等3 动力装置的形式4 起落架的形式5 结构受力系统及各部位之间的协调6 所需的机上设备、仪表和操纵系统7 工艺

11、分离面和使用分离面2.6 2.6 总体布局形式的选择（方案设计）总体布局形式的选择（方案设计）第40页/共69页41第41页/共69页42J8波音787第42页/共69页43J20 近距耦合鸭式布局 图-144第43页/共69页44无尾飞机机种 幻影2000第44页/共69页45歼10 三翼面布局典型机种 F-15S/MTD 第45页/共69页46第46页/共69页47第47页/共69页48第48页/共69页49某反潜机任务剖面某反潜机任务剖面第49页/共69页50第50页/共69页51第51页/共69页52第52页/共69页53第53页/共69页54任务段重量比1)暖机和起飞 W1/W0=0

12、.97 4)待机 E=3h=10800s2)爬升 W2/W1=0.985 C=0.4l/h=0.0001111 l/s3)巡航 R=1500nm=9114000ft L/D=16（保险起见） C=0.5l/h=0.0001389l/s W4/W3=e-EC/L/D=e-0.075=0.9277 V=0.6M(994.8ft/s)=569.9ft/s 5)巡航(同3) W5/W4=0.8624 L/D=15 6）待机 E=1/3h=1200s W3/W2=e-RC/VL/D=e-0.148=0.8624 C=0.0001111s L/D=16 W6/W5=e-0.0083=0.99177)着陆

13、W7/W6=0.995 W7/W0=0.970.9850.86240.92770.86240.99170.9950.6505 Wf/W0=1.06(1-0.6505)0.3705 We/W0=0.93W0-0.07 07. 00093. 06295. 010800/3705. 01108000WWWeWW0假设值WE/W0W0计算值50000530005400055000550070.43610.43430.43370.43320.43325583455326551665500955008第54页/共69页5507. 00093. 07001. 010800/2999. 01108000WWW

14、eW07. 00093. 05646. 010800/4345. 01108000WWWeWW0假设值WE/W0W0计算值50000400004190041800417800.43610.44290.44150.44160.44164090441996417634177441777W0假设值WE/W0W0计算值50000800007700076500764500.43610.42190.42310.42330.42338402675713763177642276432第55页/共69页56第56页/共69页5707. 0093. 06295. 058000WW07. 0093. 06295.

15、0158000WWW0假设值WE/W0W0计算值50000400004190041800417800.43610.44290.44150.44160.44164090441996417634177441777有效载荷权衡分析有效载荷5000lb 有效载荷15000lbW0假设值WE/W0W0计算值50000400004190041800417800.43610.44290.44150.44160.44164090441996417634177441777W0假设值WE/W0W0计算值900009700097400974800.41350.41630.41620.416198574975629750797496有效载荷20000lb07. 0093. 06295. 0208000WW第57页/共69页58第58页/共69页5907. 000837. 06295. 010800/3705. 01108000WWWeWW0假设值WE/W0W0计算值5000047000464000.39250.39420.3048455624589246008第59页/共69页60设计目标草图S浸湿/S参考发动机的SFCWe/W0方程选择展弦比L/DmaxL/D巡航确定参数Wf/W0W0推算W0方程迭代W0一级设计法框图第60页/共69页61第61页/共69页62第62页/共69页63