飛機(jī)總體設(shè)計(jì)3

1、飛機(jī)總體設(shè)計(jì)第三講飛機(jī)總體設(shè)計(jì)第三講飛機(jī)設(shè)計(jì)教研室飛機(jī)設(shè)計(jì)教研室第三講：飛機(jī)總體設(shè)計(jì)的第一次近似第三講：飛機(jī)總體設(shè)計(jì)的第一次近似 概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖 飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù) 初步重量估計(jì)初步重量估計(jì) 權(quán)衡研究權(quán)衡研究 推重比與翼載荷推重比與翼載荷概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念構(gòu)思的形成概念構(gòu)思的形成 熟知同類用途飛機(jī)的布局形式，了解不同布局熟知同類用途飛機(jī)的布局形式，了解不同布局的利弊和特點(diǎn)的利弊和特點(diǎn)概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念構(gòu)思的形成概念構(gòu)思的形成 積累數(shù)據(jù)積累數(shù)據(jù) 飛機(jī)的數(shù)據(jù) 主要標(biāo)準(zhǔn)部件的形狀和重量 座椅、炸彈、機(jī)炮、

2、集裝箱 可能的發(fā)動(dòng)機(jī) 了解相關(guān)領(lǐng)域的最新水平 氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、飛控系統(tǒng)、隱身技術(shù) “ “勿在浮砂筑高臺(tái)勿在浮砂筑高臺(tái)” ” 候俊杰候俊杰 深入深入淺淺出出MFCMFC概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念構(gòu)思的形成概念構(gòu)思的形成 積累數(shù)據(jù)積累數(shù)據(jù) 主要的數(shù)據(jù)來(lái)源飛機(jī)的技術(shù)說(shuō)明書飛機(jī)的技術(shù)說(shuō)明書 簡(jiǎn)氏飛機(jī)年鑒簡(jiǎn)氏飛機(jī)年鑒 （Janes All The Worlds Aircraft）飛機(jī)公司宣傳資料飛機(jī)公司宣傳資料設(shè)計(jì)教科書設(shè)計(jì)教科書期刊雜志期刊雜志 互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念構(gòu)思的形成概念構(gòu)思的形成 對(duì)各專業(yè)基本知識(shí)的全面了解對(duì)各專業(yè)基本知識(shí)的全面了解 創(chuàng)新的思想創(chuàng)

3、新的思想 美學(xué)觀點(diǎn)美學(xué)觀點(diǎn)v概念構(gòu)思的體現(xiàn)概念構(gòu)思的體現(xiàn) 概念草圖概念草圖（Conceptual Sketch）概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念草圖概念草圖 畫出多個(gè)候選方案，不要指望一開始就知道該怎么做畫出多個(gè)候選方案，不要指望一開始就知道該怎么做 在可能的情況下對(duì)多個(gè)方案都進(jìn)行分析和優(yōu)化在可能的情況下對(duì)多個(gè)方案都進(jìn)行分析和優(yōu)化概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v概念草圖概念草圖來(lái)源：KirschbaumsAircraft DesignHandbook, AircraftDesign Aid and LayoutGuide概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思與概念草圖v草圖的作用草圖的作用

4、 確定你對(duì)要設(shè)計(jì)的方案的整體印象確定你對(duì)要設(shè)計(jì)的方案的整體印象 勾畫出氣動(dòng)布局勾畫出氣動(dòng)布局 表示出在哪里布置機(jī)組、有效載荷、乘員、表示出在哪里布置機(jī)組、有效載荷、乘員、起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油和主要的子系統(tǒng)起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油和主要的子系統(tǒng) 用于總體設(shè)計(jì)的第一次近似用于總體設(shè)計(jì)的第一次近似 估算初始的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)估算初始的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)v飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程分析飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程分析重力重力推力推力阻力阻力升力升力來(lái)源：Introduction to Aeronautics:A Design Perspective飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)v

5、飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)起飛重量設(shè)計(jì)起飛重量 W0 (kg) 動(dòng)力裝置海平面凈推力動(dòng)力裝置海平面凈推力 T (kg) 機(jī)翼面積機(jī)翼面積 S (m2) 組合參數(shù)組合參數(shù) 推重比推重比 T/W0 翼載荷翼載荷 W0 /S (kg/m2)飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)v 符號(hào)與單位說(shuō)明符號(hào)與單位說(shuō)明參數(shù)參數(shù)飛機(jī)總體設(shè)計(jì)飛機(jī)總體設(shè)計(jì)Aircraft Design: A Conceptual Approach (mks)重量重量 m (kg) W (kg)推力推力F (N) T (kg)重力重力G (N) 推重比推重比F0/G0 T/W0翼載荷翼載荷m0 /S (

6、kg/m2 )W0 /S (kg/m2 )升阻比升阻比K=CL/CD L/D飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)飛機(jī)的主要總體設(shè)計(jì)參數(shù)vSizing參數(shù)選擇；定參數(shù)參數(shù)選擇；定參數(shù)！本講介紹的簡(jiǎn)化方法，僅適合用于既不進(jìn)行格斗，也不作裝載放的飛行任務(wù)！本講介紹的簡(jiǎn)化方法，僅適合用于既不進(jìn)行格斗，也不作裝載放的飛行任務(wù)！初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v起飛重量的構(gòu)成起飛重量的構(gòu)成 0crewpayloadfuelemptyWWWWW()()()()(/)(/)fe0crewpayload0000fe000crewpayload00crewpayload0f0e0WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW1WWWW乘員

7、乘員有效有效載荷載荷燃油燃油空機(jī)空機(jī)重量重量初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v空機(jī)重量估計(jì)空機(jī)重量估計(jì) 對(duì)不同類型的飛機(jī)，可以統(tǒng)計(jì)出一定的趨勢(shì)對(duì)不同類型的飛機(jī)，可以統(tǒng)計(jì)出一定的趨勢(shì)初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v空機(jī)重量估計(jì)空機(jī)重量估計(jì) We /W0 =AW0C K vsAA-公制公制C雙發(fā)渦輪螺槳飛機(jī)雙發(fā)渦輪螺槳飛機(jī)0.960.92-0.05噴氣式教練機(jī)噴氣式教練機(jī)1.591.47-0.10噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)2.342.11-0.13軍用貨機(jī)轟炸機(jī)軍用貨機(jī)轟炸機(jī)0.930.88-0.07噴氣式運(yùn)輸機(jī)噴氣式運(yùn)輸機(jī)1.020.97-0.06Kvs= 可變后掠常數(shù) = 1.04 對(duì)可變后掠機(jī)翼 = 1.0

8、0 對(duì)固定后掠機(jī)翼 復(fù)合材料的應(yīng)用：復(fù)合材料的應(yīng)用： 近似為近似為We /W0 統(tǒng)計(jì)值的統(tǒng)計(jì)值的0.95倍倍初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v燃油重量估計(jì)燃油重量估計(jì) 機(jī)上燃油機(jī)上燃油“任務(wù)燃油任務(wù)燃油”儲(chǔ)備燃油儲(chǔ)備燃油“死油死油” 一級(jí)近似（一級(jí)近似（First-order design） ： 假設(shè)任務(wù)所需燃油與飛機(jī)的重量成正比，假設(shè)任務(wù)所需燃油與飛機(jī)的重量成正比，則則Wf /W0 近似地與飛機(jī)重量無(wú)關(guān)近似地與飛機(jī)重量無(wú)關(guān) 根據(jù)任務(wù)段重量比計(jì)算根據(jù)任務(wù)段重量比計(jì)算 任務(wù)段重量比：飛機(jī)在某一任務(wù)段結(jié)束時(shí)的重量除以該任務(wù)段開始時(shí)的重量 任意的第i段： ii-1WWi+1iWW或或初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)

9、v燃油重量估計(jì)燃油重量估計(jì) 整個(gè)任務(wù)結(jié)束時(shí)的飛機(jī)重量整個(gè)任務(wù)結(jié)束時(shí)的飛機(jī)重量Wx與初始重量與初始重量W0之比等于各段重量比的乘積之比等于各段重量比的乘積 例如：例如：73567124oo123456WWW W WW WWWW W W W W W W初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v燃油重量估計(jì)燃油重量估計(jì) 各種任務(wù)段的重量比估算方法各種任務(wù)段的重量比估算方法 暖機(jī)、起飛、爬升和著陸 忽略下降段任務(wù)段任務(wù)段(Wi/Wi-1)暖機(jī)和起飛暖機(jī)和起飛0.970爬升爬升0.985著陸著陸0.995初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v燃油重量估計(jì)燃油重量估計(jì) 各種任務(wù)段的重量比估算方法各種任務(wù)段的重量比估算方法 巡航根據(jù)勃

10、列蓋（Breguet）航程公式 待機(jī)(Loiter) 根據(jù)續(xù)航時(shí)間公式i 1iWV LRlnC DWV = 速度 (ft/s 或 m/s)R = 航程 (ft或m) E = 續(xù)航時(shí)間或待機(jī)時(shí)間C = 單位耗油率單位耗油率 L/D = 升阻比升阻比( /)ii-1WRCexpWV L D/i 1iWL DElnCW/ii-1WECexpWL D初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v單位耗油率（單位耗油率（SFC或或C） 單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生單位推力所消耗的燃油量單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生單位推力所消耗的燃油量 對(duì)不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)擬和對(duì)不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)擬和 注意單位！注意單位！典型噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的典型噴氣

11、式發(fā)動(dòng)機(jī)的 SFC: 1/hrmg/Ns巡航巡航待機(jī)待機(jī)純渦輪噴氣式純渦輪噴氣式0.925.50.822.7低涵道比渦輪風(fēng)扇低涵道比渦輪風(fēng)扇0.822.70.719.8高涵道比渦輪風(fēng)扇高涵道比渦輪風(fēng)扇0.514.10.411.3初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v升阻比升阻比 K （或（或L/D）是設(shè)計(jì)方案總體氣動(dòng)效率的量度）是設(shè)計(jì)方案總體氣動(dòng)效率的量度 取決于兩個(gè)設(shè)計(jì)因素：機(jī)翼翼展取決于兩個(gè)設(shè)計(jì)因素：機(jī)翼翼展 浸潤(rùn)面積浸潤(rùn)面積 估算升阻比時(shí)常用的另一個(gè)機(jī)翼設(shè)計(jì)參數(shù)：估算升阻比時(shí)常用的另一個(gè)機(jī)翼設(shè)計(jì)參數(shù)： 展弦比展弦比=翼展的平方機(jī)翼參考面積翼展的平方機(jī)翼參考面積等效展弦比等效展弦比=aMacmaxaC

12、噴氣教練機(jī)噴氣教練機(jī)4.737-0.979噴氣戰(zhàn)斗機(jī)（格斗）噴氣戰(zhàn)斗機(jī)（格斗） 5.416-0.622噴氣戰(zhàn)斗機(jī)（其它）噴氣戰(zhàn)斗機(jī)（其它） 4.110-0.622軍用運(yùn)輸軍用運(yùn)輸/轟炸機(jī)轟炸機(jī)5.570-1.075噴氣運(yùn)輸機(jī)噴氣運(yùn)輸機(jī)7.500等效展弦比=翼展的平方/（機(jī)翼和鴨翼面積） 初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v升阻比升阻比Sjr/S （或或Swet/Sref）等效展弦比等效展弦比 l2/S浸潤(rùn)展弦比浸潤(rùn)展弦比 l2/Sjr概念概念草圖草圖+ +初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v升阻比升阻比最大升阻比！最大升阻比！巡航巡航待機(jī)待機(jī)噴氣式噴氣式飛機(jī)飛機(jī)0.866L/DmaxL/Dmax螺旋槳螺旋槳飛機(jī)飛

13、機(jī)L/Dmax0.866L/Dmax初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v 燃油重量估計(jì)燃油重量估計(jì) 在不考慮有效載荷投放的情況下，任務(wù)過(guò)程在不考慮有效載荷投放的情況下，任務(wù)過(guò)程中的總重減少，必然是燃油消耗所致中的總重減少，必然是燃油消耗所致 任務(wù)中消耗的燃油任務(wù)中消耗的燃油 一般情況下，可假定余油儲(chǔ)備和死油占一般情況下，可假定余油儲(chǔ)備和死油占6%()x0W1W.()fx00WW106 1WW初步重量估計(jì)初步重量估計(jì)v一級(jí)近似法一級(jí)近似法 （First-order design method） u 任務(wù)段中不得進(jìn)行有效載荷的投放任務(wù)段中不得進(jìn)行有效載荷的投放u 迭代通常只須幾次就可以收斂迭代通常只須幾次就可以收斂權(quán)衡研究（權(quán)衡研究（Trade Studies）v 方案研究中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是與用戶一道方案研究中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是與用戶一道評(píng)審和仔細(xì)分析設(shè)計(jì)要求評(píng)審和仔細(xì)分析設(shè)計(jì)要求v 通過(guò)對(duì)要求中的項(xiàng)目進(jìn)行變化，可以分析通過(guò)對(duì)要求中的項(xiàng)目進(jìn)行變化，可以分析出該項(xiàng)目對(duì)起飛總重的影響，進(jìn)而更合理出該項(xiàng)目對(duì)起飛總重的影響，進(jìn)而更合理地確定要求的取值地確定要求的取值v 還可以反映出新技術(shù)（如采用某種復(fù)合材還可以反映出新技術(shù)（如采用某種復(fù)合材料）對(duì)設(shè)計(jì)的影響料）對(duì)設(shè)計(jì)的影響權(quán)衡研究（權(quán)衡研究（Trade Studi