南京航空航天大学
飞机总体设计报告——150座级客机概念设计
011110XXX
XXX
设计要求
一、有效载荷
–二级布置，150座
–每人加行李总重，225 lbs
二、飞行性能指标
–巡航速度：M 0.78
–飞行高度：35000英尺
–航程：2800（nm）
–备用油规则：5%任务飞行用油+ 1,500英尺待机30分钟用油+ 200海里备降用油。
–起飞场长：小于2100（m）
–着陆场长：小于1650（m）
–进场速度：小于250 （km/h）
飞机总体布局
一、尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置
（一）平尾前、后位置与数目的三种形式
1．正常式（Conventional)
优点：技术成熟，所积累的经验和资料丰富，设计容易成功。
缺点：机翼的下洗对尾翼的干扰往往不利，布置不当配平阻力比较大
采用情况：现代民航客机均采用此布局，大部分飞机采用的位移布局形式2．鸭式（Canard）
优点：1.全机升力系数较大；2.L/D可能较大；3.不易失速
缺点：1.为保证飞机纵向稳定性，前翼迎角一般大于机翼迎角；
2.前翼应先失速，否则飞机有可能无法控制
采用情况：轻型亚音速飞机及军机采用
3．无尾式( Tailless )
优点：1.结构重量较轻：无水平尾翼的重量。
2.气动阻力较小——由于采用大后掠的三角翼，超音速的阻力更小
缺点：1. 具有稳定性的无尾飞机进行配平时，襟副翼的升力方向向下，引起升力损失
2. 起飞着陆性能不容易保证
采用情况：少量军机采用
综上所述，采用正常式尾翼布局
（二）水平尾翼高低位置选择
(a) 上平尾(b) 中平尾(c) 下平尾(d) 高置平尾(e) “T”平尾
选择平尾高低位置的原则
1.避开机翼尾涡的不利干扰：将平尾布置在机翼翼弦平面上下不超过5％平均气动力弦长的位置，有可能满足大迎角时纵向稳定性的要求。
2.避开发动机尾喷流的不利干扰
综合考虑后，选择上平尾
（三）垂尾的位置和数目
位置
- 机身尾部
- 机翼上部
数目
单垂尾：多数飞机采用单垂尾，高速飞机加装背鳍和腹鳍
双垂尾：1.压力中心的高度显著降低，可以减小由侧力所造成的机身扭矩。
2.可显著地降低其侧向的“雷达散射截面”
无垂尾：飞翼式布局飞机
综上所述，选择单垂尾，上平尾
二、机翼的平面形状及其在机身上的安装位置
直机翼的特点
优点：1.升力线斜率大。
2.低速翼剖面的相对厚度比较大，结构布置、强度和刚度以及重量问题易解决。
缺点：1.速度快时，机翼尾部易失速
2.临界M数小，机翼容易产生激波导致，过早出现波阻
后掠翼的特点
优点：能有效地提高临界M数，延缓激波的产生，避免过早出现波阻。
缺点：1.气动方面：在大后掠角和大梯形比情况下，大迎角时翼尖容易先失速，从而使飞机的稳定性和操纵性变坏。
2.对机翼结构布置及其强度、刚度和重量特性的影响不利。
三角翼的特点
优点：1.具有小展弦比和大后掠角的特点，其跨音速气动特性良好，气动焦点变化较平稳。
2.根弦较长，在翼型相对厚度相同情况下，可得到较大的结构高度。
3.三角翼的气动、强度、刚度和重量特性均较好。
缺点：1.升力线斜率较小，飞行速度较小时需较大的迎角，才能提供足够的升力。
2.对于小展弦比大后掠角的三角翼，当迎角较大时，将产生强烈的下洗气流，尾翼布置困难。
后掠翼、三角翼与小展弦比机翼的比较
现代民航客机采用机翼的平面形状及其在机身上的安装位置
三、发动机（进气道）数目和安装位置
发动机数目
- 单发：操纵简单，附加重量轻，成本低,安全性差
- 双发（多发）：生存力强
安装位置
- 单发：机身（前、后）
- 双发：（a）机身尾段（b）机翼下部（c）机翼或尾翼根部（d）短舱翼吊与尾吊布局比较
进气道布局
头部进气道：1.布置紧凑，机身截面小，进口气流均匀，机炮对进气影响小；
2.机头不能装雷达天线或仅装小的雷达天线。
两侧进气道：进气道短，内管损失小，机头便于装雷达天线，结构较复杂。
短舱式：1.进气道短，不占机身内部空间，对内部布置和结构布置无干扰；
2.但要增加额外的阻力。
腹部进气道：大仰角进气的性能好，有利于提稿飞机的机动性能。
背部进气道：可利用机身或机翼遮挡进气道，有利于提高隐身性能。
对比后选择，在机翼上吊装两台涡轮风扇发动机
四、起落架的型式和收放位置
后三点
优点：1.尾轮小而轻，设计简单；
2.可以利用气动阻力提供减速力。
缺点：1.着陆时操纵困难；
2.起飞和着陆滑跑时不稳定；
3.后三点起落架不能用于喷气式飞机。
前三点
优点：1.适用于着陆速度较大的飞机，在着陆过程中操纵驾驶比较容易。
2.具有起飞着陆时滑跑的稳定性。
3.飞行员座舱视界的要求较容易满足。
4.可使用较强烈的刹车，缩短滑跑距离。
缺点：前轮可能出现前轮“摆振”现象
对比后选择：前三点式起落架，安装在机翼上，收起放在机身舱
机身外形的初步设计
一、客舱布置
根据客机的设计参数,要求设计一架座数位150的客机,客舱可设计成二级布置的单通道形式:
头等舱12人3排每排2x2人
座椅宽度：28in
过道宽度：27in
座椅排距：36in
经济舱138人23排每排3x3人
座椅宽度：20in
过道宽度：19in
座椅排距：32in
客舱布局大概如下：
二、客舱剖面
形状：圆形
——表面面积小，有利于减少摩擦阻力；
——对于气密舱，有利于承受内压。
宽度：每排座椅：3+3座椅宽度：20in过道数：1过道宽度：19in
高度：客舱高度149in
——考虑到结构要求，将直径和横截面形状适当放大10in得到149in
地板高度：91in
——根据同类客机的设计，地板高度=客舱高度x61%
内舱剖面形状见下图
三、机身外形尺寸
机身设计的基本要求
?装载要求：有足够大的内部容积
–民机：乘客、机组、使用项目、行李、货物、系统安装。?气动要求：气动阻力小
?结构要求:有利于结构布置
–机翼、尾翼安装
–发动机尾吊布局
?适航要求
抗坠毁性
–应急撤离
机身中段设计
当量直径D
中
的确定:
D
中=D
WS
+2C
SW
+2T
tp
+2H
fw
D
WS
:并排座椅最大宽度（139in）
C
SW
: 扶手与侧壁间距
T
tp
: 客舱装饰层厚度
H
fw
：机身框结构高度
参考同类150客机的设计，可得到：D
中
=216in
中机身长度L
中
的确定：
L
中=N
1
×L
ls
+N
2
×L
sf
+N
3
×L
bg
+N
4
×L
ee
N 1 ×L
ls
: 每侧座椅数×座椅排距
N 2×L
sf
: 每侧服务模块数×相应尺寸这里主要指衣帽间、厨房、洗手间
N 3×L
bg
:每侧登机口数×登机门宽度
N 4 ×L
ee
:每侧应急出口数×应急出口宽度
总结计算得到 L
中
=1010in
机身前后段设计：（参照同类飞机可得到）
L
前=220in L
后
=340in
综上可得到机身外形大致如下：
当量直径D
中
：216in
前机身长度L
前
：220in
中机身长度L
中
：1010in
后机身长度L
后
：340in
机身总长L ： 1570in （39.878m）上翘角： 14deg
确定主要参数
一．重量的预估
1．根据设计要求：
–航程:Range ＝2800nm=5185.6km –巡航速度:0.78M
–巡航高度:35000 ft=10675m ；声速:a=576.4kts=296.5m/s
2．预估数据（参考统计数据）
–耗油率C ＝0.6 lb/hr/lb=0.0612 kg/(h·N)（涵道比为6） –升阻比L/D ＝17.6
3．根据Breguet 航程方程：
???
????? ??=D L M C a Range W W final initial )ln(
代入数据：
Range = 2800 nm ；
a = 576.4 Knots (巡航高度35000ft) C = 0.6 lb/hr/l
b (涵道比为6) L/D = 17.6 M = 0.78 计算得：
237.1=final
initial
W W
192
.0237.11
1)(11to cruise fuel final to cruise of end to cruise fuel =-=-=-=-=final
initial W W W W W W W W W
4．燃油系数的计算
飞行任务剖面图
1 Engine Start and Warmup 001.0/to F1=W W
2 Taxi out 001.0/to F2=W W
3 Take off 002.0/to F3=W W
4 Climb 016.0/to F4=W W
5 Cruise 192.0/to F5=W W
6 Descent
000.0/to F6=W W 7 Landing and Taxi in 003.0/to F7=W W 8 Reserve Fuel
049.0/to F8=W W
总的燃油系数：
264.0049.0003.0000.0192.0016.0002.0001.0001.0to
fuel to
F8
to F7to F5to F4to F3to F2to F1to fuel =+++++++=+
++++=W W W W W W W W W W W W W W W W W W