飛機總體設計依據

1、飛行器設計教研室飛行器設計教研室飛機總體設計第二講飛機總體設計第二講 第二講：飛機設計的依據第二講：飛機設計的依據飛機的設計要求飛機的設計要求飛機的設計規(guī)范飛機的設計規(guī)范飛機的總體技術指標飛機的總體技術指標 設計要求示例設計要求示例 設計大作業(yè)設計大作業(yè)飛機的設計要求飛機的設計要求v設計要求的提出設計要求的提出軍用飛機軍用飛機 通常由軍方根據如下因素提出：通常由軍方根據如下因素提出： 政治上，未來政治環(huán)境和沖突規(guī)模的估計政治上，未來政治環(huán)境和沖突規(guī)模的估計 經濟上，全壽命費用和承受能力的估計經濟上，全壽命費用和承受能力的估計 技術上，未來敵機發(fā)展的估計和新技術的風險分析技術上，未來敵機發(fā)展的估

2、計和新技術的風險分析 來源：來源： 方寶瑞方寶瑞. 飛機氣動布局設計飛機氣動布局設計飛機的設計要求飛機的設計要求v設計要求的提出設計要求的提出民用飛機民用飛機 民用飛機很難說有什么民用飛機很難說有什么“固定客戶固定客戶”，因此要發(fā)，因此要發(fā)展什么樣的飛機，一般由飛機公司提出初步設想，展什么樣的飛機，一般由飛機公司提出初步設想，經過與可能用戶的商討，再制定設計要求經過與可能用戶的商討，再制定設計要求 設計要求也需要有正確的預見性，因此必須必須設計要求也需要有正確的預見性，因此必須必須進行長期的市場調查和詳細的分析研究進行長期的市場調查和詳細的分析研究 來源：來源： 方寶瑞方寶瑞. 飛機氣動布局設

3、計飛機氣動布局設計飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求是一項技術文件，沒有固定格式飛機設計要求是一項技術文件，沒有固定格式v飛機設計要求的基本內容飛機設計要求的基本內容 飛機的用途和任務飛機的用途和任務 所設計的飛機是民用機還是軍用機？ 主要用途是什么？ 其他用途又是什么？飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 任務剖面任務剖面 簡單剖面：簡單剖面：起飛爬升起飛爬升巡航待機巡航待機下降著陸下降著陸飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 任務剖面任務剖面 作戰(zhàn)剖面：作戰(zhàn)剖面：起飛爬升起飛爬升巡航

4、待機巡航待機 下降投彈下降投彈爬升巡航爬升巡航待機下降待機下降著陸著陸飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 任務剖面任務剖面飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 飛行性能飛行性能 最大飛行速度 升限 航程 爬升性能 加速性能 減速性能 盤旋性能 起降性能飛機的設計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 有效載荷（有效載荷（Payload） 軍機（飛行員、武器） 民機 （機組、乘客、貨物） 功能系統(tǒng)功能系統(tǒng) 航電、安全、飛控等 使用維護要求使用維護要求飛機的設

5、計要求飛機的設計要求v飛機設計要求的基本內容（續(xù)）飛機設計要求的基本內容（續(xù)） 機體結構方面的要求機體結構方面的要求 正、負最大過載 承受動強度、使用壽命 研制周期和費用研制周期和費用 民機的經濟性指標民機的經濟性指標 制造成本 直接運營成本（Direct operating costs，DOC）飛機的設計規(guī)范飛機的設計規(guī)范v飛機設計規(guī)范由國家的有關部門制定和頒飛機設計規(guī)范由國家的有關部門制定和頒布，是指導飛機設計工作的通用性技術文件布，是指導飛機設計工作的通用性技術文件v對各類飛機作了許多指令性的規(guī)定對各類飛機作了許多指令性的規(guī)定l飛機的設計情況飛機的設計情況l安全系數安全系數l過載系數過載

6、系數l飛行載荷飛行載荷l突風載荷突風載荷飛行品質飛行品質飛行包線飛行包線起飛與著陸的要求起飛與著陸的要求飛機重心的穩(wěn)定性裕度飛機重心的穩(wěn)定性裕度強度和剛度強度和剛度飛機的設計規(guī)范飛機的設計規(guī)范v典型的設計規(guī)范典型的設計規(guī)范 美國美國 軍用飛機設計規(guī)范（MIL） 聯(lián)邦適航性條例（FAR-25、FAR-23） 中國中國 軍用飛機強度規(guī)范 中國民用航空規(guī)章（CCAR-25、CCAR-23 ）飛機的總體技術指標飛機的總體技術指標v制定制定 由總設計師和總體設計部門，根據飛機使用技由總設計師和總體設計部門，根據飛機使用技術要求或戰(zhàn)術技術要求，以及有關的設計規(guī)范術要求或戰(zhàn)術技術要求，以及有關的設計規(guī)范和適

7、航標準等文件而制定和適航標準等文件而制定v目的目的 為了全面指導和協(xié)調整個飛機設計的工作為了全面指導和協(xié)調整個飛機設計的工作v內容內容 飛機設計要求的具體化和某些必要的補充飛機設計要求的具體化和某些必要的補充 考慮當前和今后一個時期內，該指標有一定的考慮當前和今后一個時期內，該指標有一定的先進性和現實可能性先進性和現實可能性飛機的總體技術指標飛機的總體技術指標v具體項目具體項目 最大使用過載最大使用過載 最大最大速壓最大最大速壓 溫度指標溫度指標 飛行包線飛行包線 飛機的飛行特征飛機的飛行特征 和飛行高度的范圍和飛行高度的范圍 maxmaxmaxmaxqqq對應于某高度下的最大速度對應于某高度

8、下的最大速度“裕度裕度”maxqmaxq設計要求示例設計要求示例v類型與用途類型與用途 作為與先進戰(zhàn)術戰(zhàn)斗機（Advanced Tactical Fighter，ATF）進行“高低搭配”的低端機型 執(zhí)行空對空作戰(zhàn)的 單座輕型戰(zhàn)斗機 盡可能地采用新技術 以滿足任務要求來源：來源：Aircraft Engine Design,1987 (2nd Edition, 2002)設計要求示例設計要求示例v任務剖面任務剖面14個任務段個任務段20個任務段！個任務段！設計要求示例設計要求示例v任務剖面任務剖面序號任務段名稱任務段數據1起飛起飛時間=3min、起飛滑跑距離=304.80m、最小失速速度=53.

9、34m/s、機場海拔高度=609.60m、跑道摩阻系數=0.052水平加速所在高度=609.60m、起始速度=0.18Ma、終止速度=0.70Ma、水平加速允許時間=30.42s、軍用推力狀態(tài)3加速爬升起始高度=609.60m、終止高度=13106.4m、起始速度=0.70Ma、終止速度=0. 90Ma、軍用推力狀態(tài)4巡航巡航高度=13106.4m、巡航速度=0. 90Ma、巡航距離=277.8km5下降起始高度=13106.4m、終止高度=9144. 0m6巡邏待機待機高度=9144.0m、待機速度=0. 68Ma、待機時間=0.33h設計要求示例設計要求示例v任務剖面任務剖面7水平加速所在

10、高度=9144.0m、起始速度=0.68Ma、終止速度=1.50Ma、水平加速允許時間=50s、最大推力狀態(tài)8巡航巡航高度=9144.0m、巡航速度=1.5Ma、巡航距離=185.2km9格斗盤旋盤旋高度=9144.0m、盤旋速度=1.6Ma、盤旋圈數=110格斗盤旋盤旋高度=9144.0m、盤旋速度=0.9Ma、盤旋圈數=211水平加速所在高度=9144.0m、起始速度=0.8Ma、終止速度=1.60Ma、水平加速允許時間=50s、最大推力狀態(tài)12投放有效載荷投放的有效載荷的重量=295.74kg （2枚AMRAAM導彈）13投放有效載荷投放的有效載荷的重量=298.0kg （2枚AIM-9

11、L導彈和1/2的炮彈）設計要求示例設計要求示例v任務剖面任務剖面14巡航巡航高度=9144.0m、巡航速度=1.5Ma、巡航距離=46.3km15減速爬升起始高度=9144. 0m、終止高度=13106.4m、起始速度=1.5Ma、終止速度=0. 9Ma、軍用推力狀態(tài)16巡航巡航高度=13106.4m、巡航速度=0.9Ma、巡航距離=277.8km17下降起始高度=13106.4m、終止高度=3048.0m18巡邏待機待機高度=3048.0m、待機速度=0.3Ma、待機時間=0.33h19下降起始高度=3048.0m、終止高度=1000.0m20著陸進場高度=1000.0m、著陸接地速度=70

12、m/s、著陸滑跑距離=304.8m、機場海拔高度=609.6m、跑道摩阻系數=0.4設計要求示例設計要求示例v性能要求性能要求起飛距離1500 ft 著陸距離1500 ft 最大速度2.0Ma /40k ft 超音速巡航要求1.5Ma /30k ft 加速性能0.8-1.6Ma /30k ftt50 s 持續(xù)盤旋過載n5 at 0.9 /30k ftn5 at 1.6Ma /30k ft設計要求示例設計要求示例v有效載荷有效載荷 飛行員飛行員 1名名 武器武器 AMRAAM 2 326 lb/枚枚 AIM-9L 2 191 lb/枚枚 25mm機炮機炮 1 270 lb 炮彈炮彈 500 55

13、0 lb 設計大作業(yè)題目設計大作業(yè)題目v可選題目可選題目A噴氣式民用旅客機噴氣式民用旅客機 A1. 參考機型參考機型 Boeing 737-700 設計大作業(yè)題目設計大作業(yè)題目vA2. 任務剖面：任務剖面：vA3. 有效載荷：有效載荷： 乘客數乘客數: 120人人 機組數目：機組數目： 6人人 每人重每人重90kg （含行李）（含行李） (P. 17) 設計大作業(yè)題目設計大作業(yè)題目vA4. 飛行性能要求（參考數據）：飛行性能要求（參考數據）： 巡航速度巡航速度 Ma=0.75 巡航高度巡航高度 11000m 航程航程 5000 km 待機時間待機時間 45min 起飛著陸距離起飛著陸距離 16

14、00 m 接地速度接地速度 220km/h 設計大作業(yè)題目設計大作業(yè)題目v可選題目可選題目B先進輕型戰(zhàn)斗機先進輕型戰(zhàn)斗機 B1. 參考機型參考機型 F-35A 設計大作業(yè)題目設計大作業(yè)題目vB2. 任務剖面：任務剖面：vB3. 有效載荷：有效載荷： 飛行員：飛行員：1人人 100kg (P. 16) 中距空對空導彈中距空對空導彈 2 近距空對空導彈近距空對空導彈 2 機炮機炮 巡航起飛爬升加速沖刺格斗武器投放加速沖刺巡航下降待機下降著陸1413121110987654321 設計大作業(yè)題目設計大作業(yè)題目vB4. 參考性能數據與設計過程參考性能數據與設計過程 DR-3輕型超音速巡航戰(zhàn)斗機輕型超音

15、速巡航戰(zhàn)斗機 Raymer, D. P. Aircraft Design: A Conceptual Approach, 3rd, 1999. （現代飛機設計,1992） 設計大作業(yè)報告內容與要求設計大作業(yè)報告內容與要求序號序號內內 容容要求說明要求說明建議建議完成時間完成時間1 1 擬定飛機的設計要求擬定飛機的設計要求 收集參考機型的數據，結合給定的基收集參考機型的數據，結合給定的基本要求，補充完善其它設計要求本要求，補充完善其它設計要求第第1 1周周2 2 方案構思與對比方案構思與對比 提出兩種以上的飛機方案構思，提出兩種以上的飛機方案構思，畫出畫出設計草圖；對比優(yōu)缺點，選定一種設計草圖；

16、對比優(yōu)缺點，選定一種第第1 1周周3 3 主要總體設計參數的計算主要總體設計參數的計算 給出詳細的步驟說明飛機給出詳細的步驟說明飛機各主要設計各主要設計參數參數的的計算過程計算過程第第2 2周周4 4 機翼外形參數的設計機翼外形參數的設計 說明說明機翼外形參數是如何確定的，含機翼外形參數是如何確定的，含襟翼和副翼的外形襟翼和副翼的外形第第2 2周周5 5 尾翼外形參數的設計尾翼外形參數的設計 說明說明尾翼外形參數是如何確定的尾翼外形參數是如何確定的第第2 2周周 設計大作業(yè)報告內容與要求設計大作業(yè)報告內容與要求 6 6機身設計機身設計 詳細說明詳細說明機身設計的過程和理由機身設計的過程和理由（

17、給出若干站位處的剖面示意圖）（給出若干站位處的剖面示意圖） 第第2 2周周7 7 發(fā)動機及其他主要裝載發(fā)動機及其他主要裝載的布置的布置 確定發(fā)動機和武器等裝載的位置確定發(fā)動機和武器等裝載的位置第第3 3周周8 8 起落架布置起落架布置 除除位置參數位置參數外，還需確定輪胎尺寸外，還需確定輪胎尺寸第第3 3周周9 9 繪制飛機三面圖繪制飛機三面圖 對設計草圖進行細化，形成三面圖對設計草圖進行細化，形成三面圖（用（用CatiaCatia、AutoCADAutoCAD等等CADCAD軟件繪軟件繪制）制）第第3 3周周1010 三維建模三維建模 用用CatiaCatia建立三維模型建立三維模型第第4

18、4周周 設計大作業(yè)報告內容與要求設計大作業(yè)報告內容與要求Boeing757Airbus310利用利用catia完成的完成的部分概念方案部分概念方案 設計大作業(yè)報告內容與要求設計大作業(yè)報告內容與要求1111 重量計算與重量計算與 重心定位重心定位 列出列出所有計算公式所有計算公式和計算過程和計算過程第第4 4周周1212 氣動特性估算氣動特性估算 列出所有計算公式和數據表格列出所有計算公式和數據表格第第4 4周周1313 飛行性能飛行性能估算估算 列出所有計算公式和計算過程列出所有計算公式和計算過程第第4 4周周1414 完成設計報告完成設計報告 報告中應編有目錄報告中應編有目錄、章節(jié)、總結和分

19、工說明、章節(jié)、總結和分工說明（A4幅面、正文小四宋體、幅面、正文小四宋體、1.5倍行距）倍行距）第第5 5周周1515 匯報設計工作匯報設計工作 每組有每組有1010分鐘的匯報時間，應做好幻燈片，分鐘的匯報時間，應做好幻燈片，進行講演進行講演第第5 5周周 設計大作業(yè)分組要求設計大作業(yè)分組要求題目名稱題目名稱組別組別 人員人員總計總計68人（人（ 8組每組組每組8-9人）人） 設計大作業(yè)注意事項設計大作業(yè)注意事項v第第1周周周周4確定各組成員與組長確定各組成員與組長 （各班班長或學習委員負責上交名單，領取資料）（各班班長或學習委員負責上交名單，領取資料） 設計大作業(yè)注意事項設計大作業(yè)注意事項v人員分工參考：人員分工參考： 組長（協(xié)調、整理報告、匯報等）組長（協(xié)調、