直升机总体设计

1、直升飞机整体设计，授课教师：陈铭，本课程要求，本课程的主要任务是让学生掌握直升机整体设计的特征、主要内容、基本原则、主要方法和设计的主要问题，了解现代直升机整体的设计水平和发展趋势。 培养学生建立正确的工程设计思想，特别是学会从整体出发，具有权衡、整合、协调和综合能力，学会与人沟通、交流合作，正确处理整体设计的各种矛盾。 综合利用学到的知识，联系实际。 第一章绪论，直升机设计的特征：1)直升机设计是一门应用科学。 直升飞机整体设计是直升机设计学科的重要组成部分。 2 )综合运用了一系列基础科学、应用科学和工程技术的最新成果。 1.1直升机设计的定义、任务和要求、任务：确定直升机的配置、配置、结

2、构和其他各个组成部分，保证直升机在一定限度内最有效地满足规定的技术要求。 要求：1)要有明确的设计目标，分析，综合地确定新机器的设计技术状态；2 )要考虑主、客观条件，处理各种各样的关系；3 )需要专业的设计机构，需要比较完善的试验、试制基地。 定义：根据现实最佳地制定“技术文件”的过程。 1.2直升机设计的一般过程，直升机开发阶段可分为开发总要求论证阶段、方案论证阶段、工程设计阶段、试制和试验阶段、设计定型阶段、生产定型阶段，根据设计任务和内容的差异和前后顺序，直升机设计，1 )概念设计(concept ural desi 初始设计3 )详细设计、概念设计(提案设计或整体设计)三个阶段的主要

3、工作内容：空气配置方案论证全机整体的配置方案论证全机整体的结构方案并进行全机重量计算、重量分配和重心定位全机附件和设备等部件的选择和确定， 新材料和新技术的选择和确定，对要求新开发的零件确定了技术要求和合作关系，概念设计阶段的任务形成按照设计技术要求设计的直升机的构想和基本概念，制定满足设计要求的初步技术方案。 现代的直升机设计都采用了计算机辅助设计，因此这个阶段通常选择几个方案进行比较分析，经过充分论证后才能确定直升机的配置和气动配置方案。 初步设计(技术设计或抽样设计)，主要工作内容：1.气侧2 .结构设计3 .系统设计4 .整体布局、详细设计(工程设计或零件设计)，主要工作内容：性能、操

4、纵稳定、气、动力学等检查测试，从检查测试结果和图纸中得到在利用重心和惯性数据进行全面性能、操纵稳定等计算的同时，根据正式的外部载荷进行零、零件的强度检验计算，提前进行零件、零件的强度试验或相关的振动试验。 完成全机和零件的重量、重心和惯性的计算，提交静、动力试验事务书和飞行试验事务书。 完成样机试制所需的所有图纸和技术文件，包括零部件图、装配图、理论图等和直升机各零部件，各系统和所有机器的生产、安装、装配作业所需的所有技术文件。 1.3直升机总体设计工作的特点，直升机总体设计指的是从概念设计到初步设计阶段的总体计划设计的全过程，其最终目标是提出最佳新机总体计划，是直升机开发中最重要的阶段。 主

5、要特征：1.3.1综合与协调1.3.2反复，逐步逼近1.3.3创新性和科学性，随着现代科技的发展，高科技产品直升机的设计思想、设计技术和设计方法也发生了革命性的变化。另一方面，新技术也推动了航空科学技术的进步和发展，直升飞机的新概念、新理论、新结构、新设计原则和设计方法的应用，使直升机设计复杂化和综合化，简单的整体设计、气压设计、结构设计、技术设计的直升机设计概念再也不能满足现代直升机的研发要求第二章直升飞机设计技术要求和直升机设计方案的评价标准、直升机设计依据：直升飞机设计技术要求军用直升机：战术技术要求民间直升机：使用技术要求，直升机开发必须有明确的指导思想：正确的开发指导思想要有主观条件

6、， 应充分考虑工程设计一般规则，并反映国家直升机发展和应用的方针政策、各种用户要求、国内外技术水平和动向等一系列情况，进行综合分析。 错误的研发指导思想经常把研发工作引导到错误的道路上，导致时间、财力和人才的大量浪费。 要把确立正确的指导思想作为研发的首要问题来处理，要贯彻它，达到预期的目的。 2.1直升机设计技术要求，2.1.1直升机设计技术要求的主要内容： 1、直升机的任务或用途(1)任务或用途(2)使用环境条件2、主要装载情况(1)乘员组(2)人员或货物(3)武器(4)特殊设备，3 .主要飞行性能(1)霍霍或垂直上升率(2)上升率或最大上升率(3)最大平飞速度(4)持续时间或跳闸(或活动

7、半径) (5)单发停车性能(搭载多台发动机时)。 4 .另外还要求起落场所、自行降落、水面起伏、耐风性、输送条件、三防、机动性、耐坠落性、残存性、维护性等。 5、典型任务断面(显示直升机完成典型任务的飞行路径综合图)，图2-1直升机的典型使用曲线，t0-基地启动t1-乘员，带着燃料重量起飞的t2-登上巡航高度t3-飞行d1距离后着陆，装载吨负荷的t4-垂直起飞t5-。 没有地面效应的悬停，越野t6-返回基地t7-t分的残油着陆，技术要求的论证：需求(作战、使用)，军用直升机和威协分析现有装置存在的缺陷或不足技术，经济可行性分析技术(使用技术)的要求提出风险分析，明确研究开发计划和周期。中距离通

8、用运输直升机(Medium-range Utility Transport简称MUT )一，定义： 1，概要2，任务应完成的任务：基本任务和辅助任务二，特性： 1，性能特性(1)基本特性(2)单发停车性能(4)操纵性和稳定性(5)空气动力特性2.1 设计特性(1)重量(2)结构设计标准3、可靠性4、保养性5、可用性6、环境条件7、残存性和消耗性8、使用寿命3、设计和结构： 1、材料性质2、残存性3、标准品和材料4、各功能区特征： 1、机体2、起落架装置3、动力系统4、仪表和导航设备5、航空电子设备6、直升机2.1.3特别要求实例、表2-2直升机碰撞部位统计、2.2设计规范、适航条例和设计定型设

9、计规范和适航条例： 1、直升飞机设计规范和适航条例在直升机设计实践过程中逐渐形成，是直升机设计和使用实践的积累和总结2， 作为设计过程中必须遵循的指令性文件，直升机设计的定型或适航取证检查的依据3，内容有设计状况、安全系数、过载、重量、重心、飞行载荷、着陆载荷、强度和刚性、动力学特性、平衡特性、操纵性和稳定性、飞行质量、结构试验、飞行试验等4，它是通用性文件具体型号设计要适当裁断，形成型号设计规范，作为型号检验的依据设计定型和适航检定： 1、军事直升机设计定型由国家组织专业定型委员会根据开发总要求和设计规范审查、审查、合格后发行定型证书2、民间直升机适航条例(民间直升机在适航管理中实施“型号合

10、格证(TC证)、生产许可证(PC证)和单独适航证(AC证)”三证管理，民间直升机取得该型号合格证，单独又取得适航证才进入民间市场。 2.3评估直升飞机设计方案的有效性的标准是：评估整架直升飞机的设计方案，优选，需要评估标准，这是一般最通用、最普遍或最广泛的有效性标准，是该直升飞机完成的有效工作，以及开发和使用该直升飞机如果整体方案满足战术(使用)技术的要求，该方案被认为是可能的，但不一定是最佳方案。 对有效性标准的一般要求：可以尽可能全面地反映直升机提出的各种要求并进行定量分析，简单易懂，在开发阶段容易使用。 一级包括功能有效性标准、生产有效性标准、使用有效性标准。 从完成基本任务的有效度和其

11、技术完善度来评价的标准是功能有效性标准，从结构流程性和生产条件来评价的标准是生产有效性标准，从使用质量的角度来评价的标准是使用有效性标准。 二级从经济性的角度来评价直升机使用时的经济性标准。 三级从经济学角度来看，评价某机型完成一定国民经济任务的经济标准，那是最高级的标准。通常的评价标准分为三个等级(三级)，该标准主要反映了三方面的因素：生产性单位时间内完成的有效工作量减轻程度3354一般是直升机总重量，从飞机重量和有效载荷的关系表示的耗油量的观点来看，直升机的经济性1， 测定重量效率的定义： (2-1)其中： Gtl总负荷，g总重量的优点：重量效率比较简单，可以相当明确地表示直升机飞机重量减

12、少程度和结构完善程度的问题：在评价直升机的运输性能时，可能会引起错误，一生产性的定义： (2-2)式中A完成的工作量Gci在I航线上运送的货物的重量Li航线上的行程(Gc)m运送货物重量的平均值l运送货物的总行程t3354完成工作量a所花费的总时间，飞行生产性(z :式中KV表示平均飞行速度Vm和巡航速度VC之比的单位空重的飞行生产率和单位总重量的飞行生产率：比较全面的问题：没有反映空气和动力装置的完备度，(2-4)、(2-5)，3，米里基准当量跳闸(Leq ) :式的Gtl总负荷是有效载荷Gu和燃料量Gf之和VC直升机巡航速度qT小时耗油量qL公里的耗油量，与图2-5 Leq相同的2架直升飞

13、机的货物运输量和行程的关系，4，换算生产率式为直升机考虑了图2-6米-6直升机换算生产率和跳闸的关系、重量、气动力和动力装置的完备度、总重量的影响。 1、劳动量式中的N该部件中的部件数N部件编号第kn部件的难易度系数，kn=110； mn第n个零件所需的工种Gn个零件的重量2，材料利用系数k k=零件重量/空白重量与技术方法有着密切的关系，反映了设计者考虑技术性的程度。 (2-9)、(2-10 )、2、生产有效性标准、技术保养工时比：每飞行时间的技术保养量：设计时必须改善飞行前、后的保养作业和各种定期修理、更换等工作，降低技术保养工作量，尽量降低反映使用有效性的标准值，改善直升机的使用保养性。

14、 (2-12 )、(2-11 )、3、使用有效性标准，如运输型直升机：成本/(吨公里)或成本/(旅客公里) (2-13 )半经验统计公式：式中C成本； Gi零件质量(或其他特性参数) F复杂度系数a，b，统计分析确定的系数，(2-14 )，4，直升机使用的经济有效性标准主要考虑这种型号的技术发展前景，技术效果和生产效率，设计、制造新机器， 投入的周期工业生产的可能性，技术和生产技术发展的远景进一步改善新的生产规模和劳动力结构后能达到的水平和发展趋势材料的资源和远景工业部门提供的物资和人才的合理使用技术装备的使用条件和新的应用等方面的水平和发展远景技术使用范围内的物资和人力资源的合理使用等。 五

15、、直升飞机使用的国民经济有效性，最终评价直升飞机的使用性能与其总费用之比。 总费用是研发、生产、使用和保障费用的总和，被称为全寿命周期费用(Lif-cycle cost )。 图2-7的全寿命周期费用的分布和确定，2.4直升机的使用性能，一、使用性能的定义：指这个武器装备完成预定作战任务的能力的大小。 武装直升机的作战性能必须包括作战能力、可用度、可靠性、保障度四个方面。E=CADS式： E性能C作战能力A的可用性D的可靠性S保障度。 图2-8军用直升机作战性能结构、一般武装直升机作战性能是任务能力、可用性和生存力三个重要因素，确定了： EAH=PmPaPs式中EAH武装直升机作战性能，Pm任

16、务能力Pa的可用性Ps生存力， 使用RAH-66作战性能的结构图、1、可比较性2、综合性3、局限性3、性能评价方法指数法来评价性能的方法被广泛采用，该方法结构简单，使用方便。 例如：武装直升机作战性能c=lnb ln (1a1 ) ln (1a2 ) ln (1a3 ) ln (1a4 )式中： B机动性指数A1武器性能指数A2探测装置的性能指数a 电子对抗设备性能指数A4生存能力指数，二，使用性能评价的特性表2-3武装直升机作战性能评价例子，第三章直升机类型的分析和选择，直升机类型按以下原则分为三种： 1、平衡旋翼反扭矩的不同方式，单旋翼附有尾翼，纵列式双旋翼、横列式双旋翼、同轴式达2 .根据驱动旋翼的方式分为机械驱动式、喷射驱动式直升机。 3 .根据提供升力和拉力的方法可分为正常型、带翼型和复合直升机等。 直升机配置：与直升机型号不同的整体配置方案的总称