2014-飞机总体设计-5第五讲-机舱与装载布置.pptx

1、机舱及装载布置,飞机系 航空科学与工程学院,飞机总体设计 第五讲,飞机设计的依据,主要设计参数选择,部件及分系统设计,飞机总体布置和几何建模,飞机性能综合分析评估,总体布局设计,经济性、环保性分析,多学科设计优化(MDO),配平型式选择,机舱与装载布置,机翼参数选择,推进系统设计,尾翼参数选择,起落架布置,权衡分析,结构布局及重量,本讲内容在设计流程中的位置,第五讲 机舱及装载布置,5.1 机身初始几何参数估计 5.2 民机客舱设计与布置 5.3 民机货舱布置 5.4 民机驾驶舱布置 5.5 作战飞机座舱布置 5.6 武器装载布置,本讲主要参考书目,顾诵芬, 解思适. 飞机总体设计. 北京航空

2、航天大学出版社，2001. Raymer, D. P. Aircraft Design: A Conceptual Approach, 3rd, 1999. （89年版的中译本：现代飞机设计,1992） 詹金森, L. R., 辛普金, P., 罗兹 D. （著）, 中国航空研究院（译）. 民用喷气飞机设计. 2001 飞机设计手册总编委会. 飞机设计手册第7卷：民机构型初步设计与推进系统一体化设计.2000,5.1 机身初始几何参数估计,对一定类型的飞机，机身尺寸的确定受到严格的“现实条件限制（real-world constraints）”，如一旦知道了旅客人数和剖面座位数，旅客机机身的长

3、度和直径也就基本确定了 在初始估计机身几何参数时，可以依据与起飞总重W0(或称WTO) 之间的统计关系式,重要数据来源：Janes All The Worlds Aircraft,机身长度与W0的关系,注意：教材P.38表3.1对应的应为英制！,5.1 机身初始几何参数估计,机身长细比机身长度最大当量直径 机身内部体积一定，长细比为3.0左右亚音速机身阻力最小，长细比为14左右的超音速机身阻力最小 绝大多数的飞机机身的长细比在两者之间,5.1 机身初始几何参数估计,面积律修形 在跨音速及超音速飞行时，飞机的阻力主要来自波阻，即由于产生激波而产生的压差阻力。 面积律是指为了使波阻最小，飞机所有部

4、件的横截面积叠在一起的分布应该相当与一个最小阻力的当量旋成体（ “Sear-Haack” 体）横截面积的分布，或分布曲线比较光滑而无不规则的变化。,Sear-Haack体积分布曲线 来源：Introduction to Aeronautics:A Design Perspective,5.1 机身初始几何参数估计,面积律修形 典型翼身组合体的最大横截面积往往位于机翼中心附近。在该处“压缩”机身，可使体积分布曲线光顺并减小最大横截面积。 在机身中移走的体积应在其他地方补充，补充的方法可以是加长机身，或者在其他地方增大机身横截面积,5.1 机身初始几何参数估计,5.2 民机客舱设计与布置 乘客的优

5、选权,民用旅客机的主要用途就是舒适而安全地载运乘客完成他（她）们想要实现的旅行，客户对客舱内部装饰布置的评价要比对飞机的其他特征仔细得多 以客舱的细节设计为起点，才能获得优良的民机设计 民机客舱布置中需考虑的因素中，舒适性占主要的地位,决定客舱舒适性的主要因素 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 服务质量乘务员服务态度，娱乐、饮食等设施和安排,5.2 民机客舱设计与布置 乘客的优选权,机身剖面直接

6、影响飞机的经济性和舒适性 较大的剖面可使飞机的座椅宽度及客舱过道宽度增加，提高乘客的乘坐舒适性，但同时会带来飞机重量和气动阻力的增加，从而导致飞机性能和经济性变差 虽然较小的剖面对飞机的性能和经济性有利，但却降低了乘客的乘坐舒适性，从而削弱了飞机的市场竞争力 对新项目而言，决定客舱剖面形状和尺寸是首先要进行的一项细节设计研究,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,典型的剖面 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,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,典型的剖面 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

7、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,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,典型的剖面 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，为了满足使用要求而必须采用其他类型的剖面,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,舱位级别 I级 豪华级（头等舱） II级 普通级 （公务舱） III级 经济级 （经济舱） 包机客舱 对一般民用飞机，经济舱占整个客舱的绝大部分甚至全部，因此客舱剖面选取主要由经济舱布置决定,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,座椅选择,双联座,三联座,5.2 民

8、机客舱设计与布置机身剖面,总座数与经济舱剖面每排座数的关系,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,过道数目与座椅布置形式 过道数目主要取决于每排座位数 每排不多于6个 1条过道 每排712座 2条过道 每排大于12座 3条或3条以上 过道宽度,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,过道数目与座椅布置形式 不同的座椅选装方案,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,机身剖面当量直径的初步确定 Def 机身当量直径 Dws 并排座椅最大宽度 Csw 扶手与侧壁间距,取值范 围在 2575mm Ttp 客舱装饰层厚度,取值范 围在1735mm Hfw 机身框结构高度，如初取 85mm,圆心位置可初步定在并排

9、座椅最大宽度的中心点（该点一般位于扶手平面内）,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,确定地板结构高度 确定地板下货舱形式,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,标准集装箱与货架尺寸 国际航空运输协会 （IATA）指定了标准 集装箱的尺寸 集装箱LD-1、LD-2、 LD-3、LD-4和LD-8 是最普通的型别,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,行李架设计 典型上部行李架示例 剖面调整与最后成形,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,小结：民机机身剖面设计中的主要参数 剖面形状 座椅规格 过道数目及宽度 座椅布置形式 客舱地板结构高度 地板下货舱形式 扶手与侧壁间距 客舱装饰层厚度 机身框的结构高

10、度 行李架设计,SEACD中生成的客舱剖面和舱段,5.2 民机客舱设计与布置机身剖面,排距 每一座级的客座总数除以每排座数得到需要安装的座椅平均排数 客舱长度与座椅 排距有关,*纵向间距应为30mm的整数倍,5.2 民机客舱设计与布置客舱长度,厨房与卫生间单元 典型数据为每一厨房1060名乘客， 每一卫生间1540名乘客,5.2 民机客舱设计与布置客舱长度,应急出口,5.2 民机客舱设计与布置客舱长度,5.3 民机货舱布置,多数设计中，货物被装载在客舱地板以下 完备的设计要求，应包括货物在前货舱和后货舱的配置,专用货机 组合布局,5.3 民机货舱布置,5.4 民机驾驶舱布置,一般民机机身前部非

11、柱形的机头区的长径比在1.52.0之间 驾驶舱视界对确保安全飞行至关重要，一般给出巡航、起飞、着陆和滑行阶段的视界要求,视界图 在飞机构型设计阶段，视界设计实际上就是借助某一标准视界图，对风档进行合理的构型设计,FAR-25对视界的要求 A310,美国机动车工程师协会（SAE）推荐的视界图（AS580B） A320、Boeing767,5.4 民机驾驶舱布置,驾驶舱的尺寸与布置,5.4 民机驾驶舱布置,驾驶舱的尺寸与布置,5.4 民机驾驶舱布置,A320,C919,B787,5.5 作战飞机座舱布置,座舱视界要求 座舱视界关系着飞机的作战效能和安全 与飞机机头及两侧的外形、座舱盖形状、尺寸和结

12、构及翼面布置等因素有关,典型战斗机视界,串列双座飞机视界,座舱盖 一般分为活动座舱盖和固定前风挡两部分 新型战斗机多采用整体型风挡,5.5 作战飞机座舱布置,座舱盖 现代战斗机多采用圆弧形前风挡、气泡式活动座舱盖 对地攻击机一般采用平板式前风挡，以便采用较厚的防弹玻璃,5.5 作战飞机座舱布置,座舱定位 战斗机座舱在机身上的纵向定位主要取决于 下列几种因素 视界要求 座舱空间要求 气动外形要求 设备舱布置 人员及其他要求,5.5 作战飞机座舱布置,座舱定位 为减小座舱盖阻力，战斗机座舱盖与 机身外形融合的趋势愈加明显,5.5 作战飞机座舱布置,座舱几何尺寸 战斗机座舱几何尺寸主要取决于下列因素

13、 人体尺寸 座椅尺寸 操作和活动空间 安全弹射离机通道 仪表板、显示器 操纵台 视界座舱盖 设备安装,5.5 作战飞机座舱布置,座舱几何尺寸 绘制座舱布置图时，一般采用飞行员人体侧面样板进行协调 在采用CAD时，可生成飞行员人体数学模型进行座舱协调,5.5 作战飞机座舱布置,座舱几何尺寸 典型战斗机座舱尺寸 战斗机座舱的前后气密框的间距一般在1.551.65m之间 座舱处机身宽度一般在1.01.65m之间,5.5 作战飞机座舱布置,典型战斗机座舱,F-22,Su-27,台风,5.5 作战飞机座舱布置,F-35,将飞机作战用的武器、弹药装载到飞机上去攻击目标，是飞机设计的重要任务之一,5.6 武

14、器装载布置,武器、弹药在飞机上的装载布置形式可分为 内挂式武器舱 外挂式机翼、机身下运载 武器舱可分为 炮舱航炮及其弹药的装载舱 弹舱炸弹、导弹装载舱,5.6 武器装载布置,现役的各种作战飞机武器的装载基本上仍采用外挂方式 外挂方式可分为机身外挂、机翼外挂、翼尖悬挂、保形运载、半埋式安装等,5.6 武器装载布置,武器的外挂方式的优越性 有较大的空间、良好的使用维护性以及武器发射前易于截获目标等 外挂武器的缺点 大量的外挂武器会产生很大的阻力，在近声速时它可能比飞机本身的阻力还大，超声速飞行难以实现 某些机翼外挂物还会给飞机的气动弹性带来麻烦，引起颤振或抖振 一些外挂武器承受不了超声速飞行时的气

15、动加热 外挂物的存在也损坏了飞机的隐身性能 良好的外挂布局设计可以使上述缺点变小,5.6 武器装载布置,新一代作战飞机为了实现大机动、低阻、超声速巡航，特别是从“隐身”目的出发，多设立弹舱，将导弹、炸弹，乃至核弹装入弹舱,5.6 武器装载布置,几乎所有的战斗机炮舱都设在前机身（炮塔除外） 有利于飞机重心前移，平衡过重的发动机 便于炮管伸出机身外 多数炮舱设在 前机身的下部， 便于使用维护,5.6 武器装载布置炮舱,将航炮装到机身翼根上部，如F-15、F-18和Su-27等 可以避免射击时燃气进入飞机发动机 使用维护性比在下机身差些,5.6 武器装载布置炮舱,弹舱的设计 在飞机总体设计中，把弹舱

16、设在靠近飞机重心附近是必要的，否则当飞机武器装载和分离时都会严重地影响飞机的动态响应特性 如果设有两个弹舱， 还必须考虑两边的 投弹次序，以保持 投弹过程中飞机的 操稳特性 多设在机身下部,5.6 武器装载布置弹舱,弹舱的设计要求 弹舱的结构必须有足够的强度和刚度 弹舱和舱门的设计应保证飞机的结构性能不变,5.6 武器装载布置弹舱,弹舱的设计要求（续） 安装间隙 应保证弹体之间、弹与结构、弹与地之间至少有75.2mm的间隙 舱壁斜角 为使弹体下落的路径畅通无阻，弹舱的侧壁应设计成向外有10。的斜角形式，弹舱的前后也应留有相似余量,5.6 武器装载布置弹舱,弹舱的设计要求（续） 设计舱门 舱门的大小应保证能使多个弹体集装后一起放入弹舱，同时还应考虑使旋转弹架上的每个弹体能从同一个小舱门分离出去，以便减少气动载荷和振动； 舱门的打开和关闭必须准时和可靠 使用维护性 设计时必须保证使用中的可接近性、可维