总体设计c3_acd(1).

1、第第3章章 飞机布局设计与分析飞机布局设计与分析3.1 设计任务与步骤设计任务与步骤 (1) 总体布局型式的选择 (2) 推进装置的选择 (3) 机翼和尾翼设计参数选择 (4) 增升装置的类型、 参数的选择和布置 (5) 机身方案和参数的选择 (6) 起落架类型和参数选择 (7) 进气道与尾喷管方案与参数选择 (8) 隐身设计细节 (9) 总体布置 (10) 方案分析（重量、动力、气动、性能、费用）3.2 发动机的选择发动机的选择3.2.1 对发动机的要求对发动机的要求 从飞机设计角度，对发动机的基本要求主要有： (1) 推力/功率的速度特性和高度特性良好 (2) 耗油率低 (3) 自身重量轻

2、 (4) 外廓尺寸小 (5) 工作寿命长，安全可靠、故障率低，使用维护方便 (6) 其他要求：如隐身、排放、噪声等 对发动机的这些要求，可综合为以下3个主要的相对参数要求： (1) 推重比大(或功率重量比大) (2) 单位迎面推力大 (3) 耗油率低3.2.2 发动机的外部特性发动机的外部特性 I. 活塞式航空发动机活塞式航空发动机 图1 图2 图3 图4 (1) 耗油率Ce ：活塞式发动机单位时间内产生单位功率所消耗的燃油量(kg/hp/h)。 一般来说，活塞式发动机的Ce大致在0.25kg/hp/h以下。但航空汽油的价格比航空煤油高一倍以上。 (2) 功率特性：随着飞行速度的增加，活塞发动

3、机所发出的功率一般略有增加；当飞行速度一定时，活塞发动机的功率随飞行高度的增加而减小。 (3) 螺旋桨的拉力特性：螺旋桨的拉力，随飞行速度的增加而减小，随飞行高度的增加也减小。 活塞式航空发动机。活塞式航空发动机。 普通活塞式发动机、旋转活塞发动机活塞式航空发动机气缸安排形式活塞式航空发动机气缸安排形式优点：多为气冷，结构简单，重量轻优点：多为气冷，结构简单，重量轻缺点：尺寸大，阻力大缺点：尺寸大，阻力大优点：多为液冷，散热好、尺寸紧凑优点：多为液冷，散热好、尺寸紧凑缺点：重量大缺点：重量大活塞式航空发动机气缸安排形式活塞式航空发动机气缸安排形式 II. 涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机燃气涡轮发

4、动机。燃气涡轮发动机。 涡轮喷气发动机、 涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机离心式压气机离心式压气机轴流式压气机轴流式压气机涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机大涵道比涡轮风扇发动机大涵道比涡轮风扇发动机小涵道比涡轮风扇发动机小涵道比涡轮风扇发动机 II. 涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机 图1 图2 (1) 推力特性其中：m空气为发动机的空气流量，v喷气为发动机喷口处的排气速度，v为飞行速度，T为推力。)(vvmT喷气空气 推力的油门特性(转速特性) 涡轮喷气发动机的推力，大致与转速的三次方成正比，接近最大转速时，大致与转速的四次方成正比。 涡轮喷气发动机的主要工作状态有：(i)加力工作状态

5、、(ii) 最大工作状态、(iii) 额定工作状态、(iv) 巡航工作状态、(v) 慢车工作状态等。工作状态转速/rpm海平面静推力/kg耗油率/(kg/kgf/h)加力11,150503,2501.60最大11,150502,6000.93额定11,150502,1500.89巡航10,400501,7200.86慢车4,1002001004.00表 涡喷-6发动机不同状态的外部特性 推力的速度特性 推力的速度特性，是指在转速和飞行高度一定时，发动机的推力随飞行速度变化的关系。 随着飞行速度的增大，涡轮喷气发动机的推力先是略有下降，然后增加，但飞行速度超过一定值后则迅速下降。 推力的高度特性

6、 推力的高度特性，是指在转速和飞行速度一定时，发动机的推力随飞行高度变化的关系。 高度升高，空气密度下降，发动机的空气流量减小，推力随之下降。 (2) 耗油率特性 涡轮喷气发动机的耗油率，是指单位时间内产生单位推力的燃油消耗量(kg/kgf/h或kg/N/h)，用C或Ce表示。 耗油率的速度特性 在转速和飞行高度一定时，发动机的耗油率随飞行速度的增大增加。 耗油率的高度特性 在转速和飞行速度一定时，随着飞行高度的增大，涡轮喷气发动机的耗油率先是减小，到11km高度达到最小值，然后增加。 耗油率的油门特性(转速特性) 转速较低时，随发动机转速的增加，耗油率迅速下降，当增至巡航转速时，耗油率降到最

7、小值，再增加转速，耗油率又增加。 (3) 推力及耗油率的高度-速度特性 发动机的各种性能并不是孤立的，而是有内在联系的。在发动机性能说明书中，一般都给出综合性的能够全面表达发动机推力和耗油率随高度和速度变化规律的特性曲线，即将发动机的速度特性曲线和高度特性曲线绘制在同一张曲线图上，称为速度-高度特性，供飞机设计者使用。 如果没有合适的发动机曲线，可以用性能相近的发动机曲线作适当修正后代替，或者采用一些近似公式来模拟。 例如，对于涡轮喷气发动机，可用下列近似公式进行发动机特性曲线的模拟：)01. 04 . 032. 01 (320MMMTTvvkmHTkmHTTHHH112 . 111085.

8、00kmHCkmHCCHHH11863. 011012. 00)05. 038. 01 (20MMCCvv III. 涡轮螺桨发动机涡轮螺桨发动机 图1 图2 螺旋桨效率定义为螺旋桨的有用功率与发动机功率之比。 在速度较低时，螺旋桨效率随速度的增加而增大，在M=0.5左右时达到最大值，之后随速度增大而迅速下降。 螺旋桨效率随高度的增加而减小。 桨扇在 M = 0.80.85时仍能保持较高的效率。图1 图2 图3 图4 IV. 涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机 图1 图2 涡轮风扇发动机的外涵道与内涵道的空气流量之比，称为涵道比或流量比。 涵道比3以下的称为中、低涵道比，涵道比在510左右的称为高涵

9、道比(图)，在1540左右的称为超高涵道比。 可以认为，涡轮喷气发动机的涵道比为0，涡轮螺桨发动机的涵道比很大(5060)。 随着涵道比的提高，涡扇发动机的推力的速度特性会下降，同时其耗油率随之显著减小。 在核心机（由压气机、燃烧室和驱动压气机的涡轮组成）相同、亚音速不加力状态下，涡扇发动机的耗油率介于涡喷发动机和涡桨发动机之间。 高涵道比的涡扇发动机的耗油率与涡桨发动机接近，低涵道比的涡扇发动机的外部特性与涡喷发动机接近。 低涵道比的加力涡扇发动机，广泛应用于超音速战斗机上；高涵道比的涡扇发动机，广泛应用于运输机上。3.2.3 发动机的选择发动机的选择 I. 各类发动机的推力特性各类发动机的

10、推力特性 图 II. 各类发动机的耗油率特性各类发动机的耗油率特性 图 图 III. 各类发动机的使用范围各类发动机的使用范围 图分分 类类高度范围高度范围速度范围速度范围活塞螺桨08km0M0.4涡轮螺桨012km0M0.7涡轮风扇020km0M1.6涡轮喷气022km0M2.3加力涡喷024km0M3.0表 各类发动机的使用范围 IV. 进一步说明进一步说明 (1) 活塞-螺桨发动机与涡桨发动机都具有低速特性良好和耗油率低的特点，但涡桨发动机适用的速度范围更高一些，且寿命更长一些、功率更大一些。 (2) 涡桨发动机与高涵道比涡扇发动机，在一定的速度和高度范围内，耗油率均较低，但涡桨发动机适用的速度要低一些。 (3) 涡喷发动机与低涵道比涡扇发动机都适用于超音速飞机