2019-飞机总体设计-4第四讲-总体布局设计-Part1

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飞机总体设计FuDan_SG

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2.1 飞机的设计要求
设计要求的提出—民用飞机民用飞机很难说有什么“固定客户”，因此要发展什么样的飞机，一般由飞机公司提出初步设想，经过与可能用户的商讨，再制定设计要求设计要求也需要有正确的预见性，因此必须必须进行长期的市场调查和详细的分析研究
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2.1 飞机的设计要求
任务剖面
试制原型机设计定型阶段 —进行定型试飞生产定型阶段－少量改进，小批量生产
4
1.2 什么是飞机总体设计？
飞机设计的范围
—主要涉及论证、方案和工程研制阶段
飞机设计的三阶段划分方式
见下页
5
1.2 什么是飞机总体设计？
设计要求
概念设计
（Conceptual Design）
初步设计
（Preliminary Design）
目标：完成可实现加工的细节设计。
15
详细设计
工作内容
1. 部件设计和零构件设计 2. 各系统的设计
液压系统环控系统起落架系统…… 3. 详细的重量重心计算 4. 强度计算报告 5. 静强度、动强度和寿命试验 6. 系统的地面台架试验 7. 工装设计
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详细设计
方法与手段
1. CAD 2. CAM（FEM） 3. 结构优化设计 4. 系统可靠性设计 5. 试验
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课程评分内容与方法
设计报告笔试得分：
50% 50% 设计报告 + 笔试成绩
设计报告评分标准： 1）正确性和合理性 2）清晰性
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设计报告内容
设计要求拟定飞机布局型式的确定飞机主要参数计算部件外形设计飞机总体布置重量重心计算气动特性分析飞行性能分析计算三面图总结

飞机总体设计-4第四讲_飞机总体布局型式的选择_大飞机

7
4.2 飞机总体布局
应尽量减小机身与机翼结合部、机翼与发动机短舱间或机身与发动机短舱间的干扰阻力，相交的部件最好以钝角或接近90°相交，否则需要加整流罩。尽可能对强受力构件作综合利用，使其具备多种功能以减轻结构重量。机身加强框——机翼、起落架，尾部加强框——垂尾、平尾。布置主要部件时，经常考虑到重量轻、结构简单、易接近、维护方便、成本低。
15
4.3 飞机配平形式选择
正常式布局
多数飞机采用正常式布局，主要是因为正常式飞机布局积累的知识和设计经验比较丰富。
飞机正常飞行时，保证飞机各部分的合力通过飞机的重心，保持稳定的运动。
正常式布局的水平尾翼一般提供向下的负升力，为了保证飞机的飞行安全，飞机机翼的迎角大于尾翼的迎角。
三翼面布局
F-15S/MDT验证机 F-15D双座战斗机
前掠翼布局
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4.3 飞机配平形式选择
联翼布局
鲲鹏-700 （北航3305 T6）
BURNELLI布局
29
4.3 飞机配平形式选择
斜翼布局
在跨音速范围内，斜机翼布局与常规固定后掠或变后掠机翼飞机相比，有利于降低阻力。只有一个转轴代替了常规变后掠机翼的两个转轴。有利于降低飞机的结构重量。
满足强度和气动弹性要求，使机翼具有足够的结构刚度、较轻的结构重量及较大的颤振速度。
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中弧线＋基本厚度分布弦长b 最大弯度f 相对弯度f/b 最大厚度c 相对厚度c/b 最大厚度的相对位置Xc/b 前缘半径r 后缘角τ
33 33
4.4.1 翼型选择
翼型气动特性的影响因素—前缘半径
前缘半径小，前缘在小迎角时就开始分离，随迎角增加再附着，前缘半径越小越易分离，最大升力系数小，但波阻也小——适于超音速飞机前缘半径大，圆前缘翼型从后缘开始失速，随迎角增加分离前移，失速迎角大，最大升力系数大，但波阻也大—— 适于亚音速飞机

飞机总体设计PPT课件

经济性能设计
燃油经济性
在保证飞行性能的前提下，通过优化飞机气动外形、减轻结构重量、提高发动机效率等措施，降低飞机的燃油消耗率。
维护经济性
通过采用先进的维护理念和技术手段，降低飞机的维护成本和停场时间，提高飞机的出勤率和利用率。
直接运营成本
包括燃油费、维护费、机组人员工资等直接与飞机运营相关的成本。设计中需要考虑如何降低这些成本以提高飞机的经济性能。
采用遗传算法、模拟退火等启发式算法，处理飞机设计中的复杂问题，寻求全局最优解。
利用代理模型对飞机性能进行快速评估，减少计算量，提高优化效率。
多学科优化方法探讨
多学科设计优化（MDO）
综合考虑气动、结构、控制等多学科因素，实现飞机总体设计的协同优化。
分解协调方法
将复杂问题分解为若干子问题，分别进行优化后再进行协调，降低问题求解难度。
06
确保飞机满足适航法规和标准的要求，包括噪声、排放等环保指标。
02
飞机总体布局设计
布局形式的选择与特点
常规布局
水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼后面的飞机尾
部。
鸭式布局
水平尾翼位于机翼的前面，具有较好的大迎角
特性。
无尾布局
没有水平尾翼，靠机翼后缘襟翼或扰流片等部
件实现俯仰操纵。
三翼面布局
在常规布局上增加一对鸭翼。
垂直尾翼
主要功能是保持飞机的方向平衡和操纵飞机的方向运动。
V型尾翼
由左右两个倾斜的垂直尾翼组成，像是固定在机身尾部带大上反角的平尾。
起落架布局设计
前三点式起落架
自行车式起落架
两个主轮对称地布置在飞机重心之后，前轮位于机身前部。

第四章-飞机总体布置

1.飞机总体布置工作的具体任务*对飞机内部各舱段的成品设备及各系统管路、电缆等的通路进行布置和协调*重点对机身内部进行协调布置，以确定机身的最大横截面、机身总长度和总体积等，并根据调整重心的要求最后确定机身与机翼、尾翼、发动机等的位置关系*在总体布置的基础上对飞机的几何外形进行修形与完善*对飞机的重量、重心位置进行校核*在初步设计阶段结束前，还应对飞机各舱段分区进行打样协调，据此进行全尺寸样机的设计和制造，通过评审后冻结飞机的技术状态2.结构总体方案确定的原则*结构布局设计力求综合满足各种设计要求，结构传力合理，力求综合承载*结构总体方案力求重量最轻3.结构布局设计的主要工作内容*根据飞机总体设计的安排，确定全机结构主要受力形式及传力方案，包括机翼、机身、尾翼和起落架结构布局形式的确定，其中最主要的是机翼与机身结构的总体布置形式*分配结构重量指标4.内部总体布置的主要内容*机舱的布置*发动机和进排气系统的布置*燃油箱及其系统的布置*武器装载的布置*雷达及各种系统设备舱的布置*操纵、电气、液压、冷气等各种系统的管路、电缆等的布置*主要结构布置方面的考虑5.飞机外形的内容*机身外形*机翼外形*尾翼外形*进气道内形*需整流部分的部件外形6.机身外形设计基本步骤*根据总体布置草图，选定10个左右机身控制切面（又称控制横截面、控制剖面）典型的有：雷达天线切面、座舱切面、进气道进口切面、发动机进口切面......*构造横截面外形通常由圆弧、直线、二次曲线、样条曲线，或是由它们组成的组合曲线构成要考虑到机身的纵向外形，要考虑到前后连接以至整个机身外形的形成*控制站位处的控制横截面外形构成了整个机身外形的骨架，再在骨架上铺上光滑连续的曲面就构成了整个机身外形。

飞机总体大作业——四代机设计方案1

飞行器总体设计大作业歼-50（终结者）小组成员：目录前言 (4)第一章飞机设计要求 (4)1.1 任务计划书性能指标 (4)1.2发动机要求 (5)1.3有效载荷 (5)1.4任务剖面 (5)1.4 概念草图 (6)第二章总体参数估算 (7)2.1起飞重量的计算 (7)2.1.1飞机起飞重量的构成 (7)2.1.2空机重量系数We/W0的计算 (9)2.2 发动机的耗油率C (10)2.3 升阻比L/D (11)由浸湿面积比估算出L/D约为13 (13)2.4 燃油重量系数Wf/W0 (13)2.4.1飞机的典型任务剖面 (14)2.4.2计算燃油重量系数Wf/W0 (16)2.4.3全机重量计算 (16)2.5飞机升阻特性估算 (19)2.5.1确定最大升力系数 (19)2.5.2估算零升阻力系数CD0及阻力系数CD (20)2．6推重比的确定 (21)2．7 翼载荷的确定 (23)第三章总体方案设计 (25)3.1总体布局选择 (25)3.1.1方案一：总体布局为三翼面布局 (25)3.1.2方案二：总体布局为正常式布局 (25)3.2机身布局 (25)3.3发动机的类型、数目和布置： (26)3.2进气道布置 (26)3.3机翼布局 (27)3.4尾翼布局 (27)3.5起落架型式 (28)3.6隐身设计 (28)第四章部件设计 (29)4.1机翼设计 (29)4.1.1机翼具体参数的确定： (29)4.1.2机翼的气动力特性 (33)4.1.3机翼的增升装置和副翼 (34)4.2机身设计 (38)4.3尾翼及其操纵面的设计 (40)4.4起落架设计 (42)4.4.1起落架形式的选择： (42)4.5推进系统的选择与设计 (45)4.5.1发动机设计 (45)4.5.2进气道与尾喷管参数选择 (47)第五章重量特性估算 (52)5．1 重量细分 (52)5.1.1 重量细分 (52)5.1.2重量校验 (52)5.2 重心位置的估算 (53)5.2.1各部件重心的选取 (53)5.2.2 重心定位 (54)6.1 飞机升阻力特性估算 (56)6.1.1升力 (56)6.1.2阻力 (58)6.2 飞机极曲线估算 (60)6.3 起飞着陆性能估算 (62)6.3.1 起飞性能 (62)6.3.2着陆性能 (62)第七章飞机操纵系统设计与分析 (64)7.1飞机操纵系统分析 (64)7.2余度技术 (64)7.3本飞机操纵系统设计 (66)7.3.1采用的操纵系统简介 (66)7.3.2该操纵系统的工作原理 (67)7.3.3操作系统的某些具体设计情况 (68)第八章飞机费用分析 (69)8.1 研究、发展、试验与鉴定费用和生产费用分析 (69)8.1.1 兰德DAPCA IV 模型中工时、费用的组成 (70)8.1.2兰德DAPCA IV 模型中工时、费用的计算 (71)8.1.3兰德DAPCA IV 模型中工时计算修正的软糖系数 (73)8.1.4 兰德DAPCA IV 模型中的综合费率 (73)8.2 使用保障费用 (75)8.2.1 燃油费用 (75)8.2.2 空勤人员费用 (77)8.2.3 维护费用 (77)8.2.4 折旧费和保险费 (79)第九章三视图绘制 (80)前言随着美国F-22战斗机的服役，以及俄罗斯T-50战斗机的首飞，我国处于自身战略的需要以及面临的实实在在的威胁，必须要研制出自己的四代机，否则未来几十年只能任由其它国家的战机闯入我国的凌空。

飞机布局设计

• 技术储备
– 是否已掌握了该布局的设计特点。
• 市场因素
– 研究市场（客户）对布局的偏好。
• 设计传统和风格
4
飞机构型选择的思维特点
• 创造性
– 非逻辑性思维
• 非唯一性
– 虽然设计要求相同但构型可完全不同
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飞机构型的非唯一性（1）
• 幻影-2000
- 无尾布局型式 - 机翼形状：三角翼 - 蜂腰形机身 - 一台发动机装在机身尾段 - 机身两侧的进气道
– 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。 – 三角翼的气动、强度、刚度和重量特性均较好。
• 缺点
– 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。
– 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。
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不同形式的三角翼
幻影2000
阵风（法）
"协和"号超音速客机 30
后掠翼、三角翼与小展弦比机翼的比较
因素
阻力（M1.6)
后掠翼 1
阻力（ M>1.6）
3
重量
3
升力线斜率
2
洛-马公司提出的超声速公务机（三角翼）
三角翼 2
小展弦比 3
2
1
1
2
3
1
美国Aerion公司提出的超声速公务机（小展弦比）
31
机翼在机身上的安装位置
因素
上单翼
✓ 起落架短、易收放、结构重量轻； ✓ 发动机和襟翼易于检查和维修； ✓ 安全考虑：强迫着陆时，机翼可起缓冲作用。
不利因素：
机身机翼气动干扰较大机翼离地近，吊舱安装困难。部分客舱的座位的视线被机翼遮挡

飞机总体设计课件.ppt

(1) 正常式 ① 配平能力强：平尾升力可上可下。 ② 为保证纵向静稳定性，全机焦点应落在全机重心之后。
③ 为保证纵向静操纵性，机翼安装角应大于平尾安装角，即机翼迎角应大于平尾迎角，也即要求机翼先失速，尾翼后失速。
④ 从亚音速到超音速，焦点后移量大，操纵困难。
⑤ 机翼的下洗对平尾有不利的影响，布置不当配平阻力较大。
④ 鸭翼宜先失速(保证纵向稳定性)，即鸭翼迎角应大于机翼迎角。
⑤ 鸭翼的下洗对机翼的影响必须考虑。亚音速飞行时，鸭翼下洗所引起的机翼升力增量(方向向下)与鸭翼的升力大致相当。近距耦合鸭式布局可明显改善起降性能，对飞行性能的提高也是有利的。
(3) 无尾式 ① 浸湿面积小，阻力小，结构重量轻，比较适合于以超音速飞行为主的飞机。 ② 纵向配平和操纵均靠升降副翼，升降副翼既是横向操纵面又是纵向操纵面。为使布置在机翼后缘的升降副翼获得尽可能大的纵向操纵力臂，同时为了为保证焦点一般采用小展弦、大后掠三角翼加边条的形式。
对于强调隐身突防能力的轰炸机，外形基本按照隐身要求设计，但不能超音速飞行，如F-117A、 B-2等。图
亚音速运输机和旅客机，一般采用大展弦比 (8~10)、小后掠角(35º左右)，用超临界翼型的机翼，以获得在大巡航马赫数时的高升阻比。图
通用航空飞机——乘员在10人以下的亚音速小飞机，力求便宜好用，通常采用无尖削比的平直机翼，展弦比在6以上，正常式布局型式。图
同样的设计要求，会有多种不同的飞机型式。飞机型式的优劣，是不能以简单的解析式或数字来表达的。例1 例2
飞机总体设计的任务，就是给出能够满足飞机设计要求的最佳方案。这是一个渐进的过程，飞机型式的选择是这个过程的第一步。
飞机的基本型式大致可分为正常式、无(平)尾式、鸭式和三翼面等。

飞机总体设计课件(1)

④ 有人主张废弃编队空战，截击机的战术是利
用速度优势追赶目标，并用空-空导弹歼灭目标，
不需要进行高过载机动，并力求一次攻击结束战斗；
⑤ 不重视飞行员在空战中的作用，认为飞行员
不需要学会正确判断空战情况，而是由地面指挥所
来替他们下决心。这些观点左右了第2代战斗机的设计。
越战及其他局部战争：第2代战斗机在这些局部
拟试验。
飞机部件及整机要做静力试验，以验证飞机的强度；起落架还要做动力试验。飞机总装完成以后在试飞前，要做全机地面共振试验，以确定飞机的颤振特性；还要做各系统及其综合的机上地面试验以及全机电磁兼容性等机上地
面试验，为放飞前做最后的验证。
飞机在工程研制阶段，即应拟定考核其能否满足
原定战术技术要求的试飞大纲，并且应尽早培训空、
显得更为有利，因此飞机的速度性能比机动性能更
受到重视；单机空战的四要素：高度、速度、机动、
火力；飞机编队作战的规模相当大。战后喷气式发动机用于战斗机，发展出了第一代喷气式战斗机。
朝鲜战争：技术上的飞速进步并没有对战斗机的
空战产生根本性的影响，战术虽有发展但仍保留了
二战后期的基本特点，只是对飞行员的要求提高了；
展、敌我作战环境等多方面进行充分研究和分析，
是一个精密筹划、精心运筹的过程。正确处理好现
实与未来、应用与开拓的关系，对军机的研制与发
展具有十分重要的意义。
在设计新机时，战术技术要求的论证和确定，直
接影响着新机的前途和使用效能。
新机的战术技术要求不仅取决于本国的战略战术
思想和技术发展，也受敌方战略战术的影响。
1.1.5 生产定型阶段
特别是工艺性的改进。改进后的飞机即进入小批量生产。首批生产的飞机也应经鉴定试飞，主要检查工艺质量，通过后即可进入成批生产。

飞机总体布局型式的选择

7
4.2 飞机配平形式选择
达索公司的设计传统
幻影III
幻影2000
阵风
8
4.2 飞机配平形式选择
根据配平翼面和机翼之间的相对位置和配平翼面的多少，通常分为以下几种型式
正常式布局：水平尾翼位于机翼之后鸭式布局：水平尾翼位于机翼之前无尾布局：只有一对机翼，但立尾有无不确定三翼面布局：机翼前面有前翼，后面有平尾
14
4.2 飞机配平形式选择
前翼尖端涡流布置不当，会引起机翼弯矩增加，阻力增大，所以对于客机常常采用将前翼布置在机翼的远前下方，减少前翼对主翼的气动影响。
15
4.2 飞机配平形式选择
无尾布局
无尾布局飞机一般采用大后掠角的三角形机翼，用机翼后缘的襟副翼作为纵向配平的操作面。
无尾飞机配平时，襟副翼的升力方向向下，引起升力损失，同时力臂较短，效率不高。飞机起飞时，需要较大的升力，为此必须将襟副翼向下偏，这样会引起较大的低头力矩，为了配平低头力矩襟副翼又需上偏，造成操纵困难，配平阻力增加。
三翼面布局
在正常式布局的基础上增加了水平前翼构成的，它综合了正常式布局和鸭式布局的优点，有望得到更好的气动特性，特别是操纵和配平特性
• 增加前翼可以使全机气动载荷分布更为合理，减轻机翼上的气动ห้องสมุดไป่ตู้荷，有效的减轻机翼的结构重量；
• 前翼和机翼的襟副翼，水平尾翼一起构成飞机的操纵控制面，保证飞机大迎角的情况下有足够的恢复力矩，允许有更大的重心移动的范围；
• 前翼的脱体涡提供非线性升力，提高全机最大升力。
缺点是由于增加前翼使得飞机的总重有所增加
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4.2 飞机配平形式选择
三翼面布局
F-15D双座战斗机

飞行器总体设计最终版PPT课件

主要参考A320等同类型的飞机：
飞机总体布局
1) 正常式，中平尾，单垂尾 2) 机翼：后掠翼，下单翼 3) 在机翼上吊装两台涡轮风扇发动机 4) 起落架：前三点式，安装在机身上
机身外形尺寸
机翼外形
平尾外形图
垂尾外形图
俯视图：飞机的三视图
主视图
侧视图
总体布局
机型对比
型号波音737
团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存机型对比型号波音737波音727波音787空客320翼展米284532925035183409巡航速度马赫07808085082机长米378146695553757载客量人110215145289186宽度米376376546370载货量立方米3023559124523741最大起飞重量吨6595245735客舱布局333334333最大载油量升260202906912000023860最大航程公里56654600157005000团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存翼展米3745巡航速度马赫080机长米3978载客量人150180宽度米378载货量立方米最大起飞重量吨776客舱布局33最大载油量升28750最大航程公里51856设计参数与a320相近符合我们总的设计要求但与a320有一定差距需要以后的优化与改团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群

飞机客舱布局及设施介绍

第 1 章飞机客舱布局及设施介绍走进现代大型宽体客机的客舱，我们由衷地佩服飞机客舱设计人员所做出的贡献——他们在有限的空间内，尽可能通过柔和的灯光，合适的温度，舒适的座椅，精心设计的行李箱储物柜，操作便捷的厨卫设备，多种多样的娱乐服务设施，以及必备的应急设备，给人们提供了一个安全、方便、舒适的空中旅行环境。

而要保持这种良好的运行环境，则是机务维修人员的职责所在。

在本章，我们将对飞机客舱部分的结构、各类飞机的布局，作一个介绍。

并按相关的A TA章节号，介绍飞机客舱内涉及到的一些重要系统。

1.1. 机身客舱部分的结构每一种飞机机型，在设计过程中，可按用途的不同，设计成为客机、客货混合型和货机。

其内部的结构和布局将会有较大差别。

本教材主要讨论客机的客舱结构。

飞机的客舱，是容纳乘客，并为乘客提供必要生活服务的区域。

现代喷气客机的机身较大，客舱内采用了越来越高的舒适表准。

一般而言，民用客机的客舱前起前客舱隔墙，后至后密封舱壁。

在它的前方，前客舱隔墙和天线罩舱壁之间为驾驶舱。

后密封舱壁的后面是非增压的区域（参看：图1－1－1：“飞机后部的密封舱壁”）。

现代喷气客机的机身横截面形状大多为圆形，或接近圆形。

这是因为圆形横截面机身的结构重量轻，工艺好，强度大。

而且由于机身直径大（5.1米—6.6米），从内部安排来说，采用圆形横截面已经能充分保证客舱的宽敞性，座位的安排能力和通融性，同时也能较好地保证货舱有足够的高度和宽度，安置集装箱和货盘，使整个机身内部容积得到有效利用。

飞机设计人员正试图设计出更多机身横截面形状不同的飞机，以容纳更多的旅客。

如扁圆形横截面、8字型横截面、横8字形横截面、竖椭圆形横截面等。

A380采用了竖椭圆横截面的设计方案，以便将机身客舱段分成上下三层。

（参看：图1－1－2：“各种形状的机身横截面设计”）现代喷气客机的机身内部一般分为两层，上层为客舱，下层为货舱和行李舱。

有些机型也将厨房设在下层。

飞机总体设计-设计过程及算例

无人机总体设计算例任务要求：飞行高度：30-200m，飞行速度：40-90km/h，巡航速度：18m/s，最大飞行速度28m/s，爬升率4m/s，续航时间：1h ，最大过载1.7，任务载荷重量：0.5kg，背包式运输，发射方式：手抛式，回收方式：机腹着陆设计过程：1.布局形式及布局初步设计无尾布局【方法：参考已有同类无人机】确定布局形式：主要是机翼、垂尾、动力、起落架等。

（1）机翼根据经验或同类飞机确定：展弦比5.5-6，尖削比0.4-0.5，后掠角28°，下反角1.5°，安装角2°展弦比【展弦比增大，升致阻力减小，升阻比增大】【展弦比增大，弦长减小，雷诺数降低，气动效率降低】【展弦比增大，弦长减小，翼型厚度减小，机翼结构重量上升】尖削比【尖削比影响升力展向分布，当展向升力分布接近椭圆时，升致阻力最小，低速机翼一般取0.4-0.5】后掠角【后掠角增加，横向稳定性增大，配下反角】【后掠角增加，尾翼舵效增加】【后掠角增加，纵向阻尼增强，纵向动稳定性增强】下反角【上反角增加，横向稳定性增加，下反角相反】安装角【巡航阻力最小对应机翼的迎角，通用航空飞机和自制飞机的安装角大约为2°，运输机大约为1°，军用飞机大约为0°，在以后的设计阶段，可通过气动计算来检查设计状态所需要的机翼实际的安装角。

】机翼外型草图（2）垂尾垂尾形式：翼尖垂尾尾空系数：Cvt=0.04/2=0.02 【双重尾】（3）动力系统形式电动无人机推进系统安装位置主要有：机头拉进式、机尾推进式、单发机翼前缘拉进式、双发形式、单发机翼后缘推进式。

下面研究各种布置形式对布局设计的影响。

本方案为：机尾推进式2.无人机升阻特性（极曲线）估算前面确定了机翼的基本参数，要确定无人机的具体机翼参数，还需要知道“起飞重量”、“翼载荷”，然后进行布局缩放。

确定起飞重量，关键是电池重量，电池重量由飞机需要的能量决定，能量由飞机升阻特性决定。

飞机总体设计框架

2）对结构重量的影响
▲ η增加，可减轻机翼结构重量
3）对内部容积的影响
▲ η增加，有利于布置起落架
4）对于高速飞机
▲ η=3∼5，主要是从结构重量考虑
11
• 后掠角χ
航空宇航学院
1）对气动特性的影响
▲ χ增大，可以提高临M界数，延缓激波的产生；
▲ χ增大，波阻降低；
▲ χ增大，升力线斜率降低；
C
α L
4
• 几何参数之间的关系
如果给定： S, λ, η, χ1/ 4 则：
航空宇航学院
l = λ⋅S
c根 = 2 ⋅ S /[l(1+ 1η)]
c尖
=
1
η
c根
cA
=
2 3
c根
⋅
1+η+η 2 η (பைடு நூலகம்+η )
tgχ 前缘
=
tgχ1/ 4
+
(1 −
1
η
)
/[λ (1 +
1
η
)]
5
• 平均气动力弦长 cA
航空宇航学院
飞机总体设计框架
设计要求
主要参数计算布局型式选择
发动机选择
部件外形设计
机机身身机机翼翼尾尾翼翼起起落落架架进进气气道道
是否满足设计要求
最优？
分析计算
重重量量计计算算气气动动计计算算性性能能计计算算结结构构分分析析
三面图部位安排图结构布置图
1
航空宇航学院
机翼的设计
∫ cA
=
2 S
l / 2 c2dz
0
∫ xA
=
2 S

飞机总体布置

★ 两排座椅之间的纵向间距应为30毫米的整倍数 (英、美等国家要求为1英寸或 25.4毫米的整倍数)。
I级客舱为980~l080mm II级客舱为840~870mm
III级客舱为780~8l0mm
★ 从客舱前面间壁墙到第一排应椅之间的最小距离(l1)，对于I级座舱为630mm，II 级座舱为615mm，III级座舱为585mm。
F-16飞机采用的气泡式座舱
② 保证飞行人员有良好的工作条件和舒适的乘坐环境
★ 座舱的尺寸要适当，不能太挤
★ 仪表板与操作台上各种开关、手柄等的安排要合理，符合驾驶员通常的操作习惯
★ 空调、通讯以及照明等设备和系统的布置要合理，保证驾驶员有良好、舒适的工作环境
★ 座椅与驾驶杆和脚蹬的相对位置、驾驶杆与脚蹬的操纵杆力和行程都要合理
(3) 绘制平尾、垂尾等的外形 (4) 绘制机翼的外形 ① 根据确定的尾力臂，初步确定机翼的前后位置
② 根据布局型式，确定机翼的上下位置
③ 根据机翼安装角，绘制机翼根弦与飞机水平基准线的相对位置关系
④ 绘制襟翼、副翼的外形，标出其偏角和相对位置
⑤ 画出机翼的平均空气动力弦(相对位置、弦长等)
(5) 应保证动力装置具有最佳的工作环境和条件，最大限度地减小发动机的进、排气损失，等等
2. 飞机几何/气动外形设计 (1) 基础：已经确定的飞机构形
各部件的主要参数 (2) 步骤： ① 进行外形的初步协调 ② 借助各种方法给出完善的理论外形
(3)过道时，在过道的每一边最名只能安排三个座椅，因而，如果每排座椅数多于6个时，则应安排两条纵向过道。
★ 旅客舱的内蒙皮与座椅结构(按扶手处或上部靠背处)之间的间隙，对于I级客舱不应小于50毫米，对于II级和III级客舱应不小于30毫米。

飞机总体布局设计

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后掠翼的广泛应用（2）单击此处编辑母版标题样式
单击此处编辑母版文本样式
– 第二级对于超音速飞机，后掠翼可以改善其跨音 – 第四级速的气动特性。第五级
第三级 F-86
F-14
28
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三角翼的特点单击此处编辑母版标题样式
优点
单击此处编辑母版文本样式
– 具有小展弦比和大后掠角两方面的特点，其跨音速气动特性良好，第三级气动焦点变化较平稳。 – 第四级 – 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。第五级 – 三角翼的气动、强度、刚度和重量特性均较好。
– 第四级第五级
15
航空宇航学院
单击此处编辑母版标题样式无尾式布局
用机翼后缘处的襟副翼作为纵向配平的操纵面，常采用后掠角较大的三角形机翼；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；第三级 – 第四级结构重量较轻：无水平尾翼的重量。第五级气动阻力较小：采用大后掠的三角翼，超音速的阻力更小；起飞着陆性能不容易保证。
- 尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置 - 机翼的平面形状及其在机身上的安装位置 - 发动机（进气道）数目和安装位置 - 起落架的型式和收放位置
3
航空宇航学院
影响飞机总体布局选择的因素单击此处编辑母版标题样式
技术方面单击此处编辑母版文本样式
–– 气动特性：机翼－机身－短舱干扰阻力小，全机升阻比大。第二级 – 结构特性：结构件综合利用；重量轻。 – 操稳特性：尾翼的临界M数大于机翼的临界M数。 – 使用要求：满足特殊的使用要求。 – 维修性：发动机和各种设备便于检查。
25
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前掠翼布局之所以还未被广泛应用，是因为前掠机翼的弯扭扩散的问题。
19
4.2 飞机配平形式选择
其它新概念布局介绍翼身融合体（Blended Wing Body, BWB ）
机翼与机身高度融合气动效率较高，但因其无垂尾，对操稳控制系统
的要求也较高
3.2 飞机配平形式选择
支撑机翼（ Strut-Braced Wing ）
接收天线处单位面积上的入射功率目标处单位面积上的入射功率
*参考《飞行器隐身技术－雷达散射截面控制》（武哲）
26
4.3 隐身对布局设计的影响
雷达散射截面的量纲
dBsm 10 log (dBsm）
m2
dBsm
1000
30
100
20
10
10
1
0
0.1
-10
0.01
-20
27
4.3 隐身对布局设计的影响
正常式布局
10
4.2 飞机配平形式选择
正常式布局
11
4.2 飞机配平形式选择
鸭式布局
鸭式布局是飞机最早采用的布局型式，莱特兄弟设计的飞机就是鸭式布局，但是由于鸭翼提供的不稳定的俯仰力矩造成鸭式飞机发展缓慢。
随着主动控制技术的发展，鸭式布局技术日趋成熟，鸭式飞机在中、大迎角飞行时，如果采用近距耦合鸭翼型式＊，前翼和机翼前缘同时产生脱体涡，两者相互干扰，使涡系更稳定，产生很高的涡升力。
序号名称
1 蓝翅蝗虫
2 工蜂
3
绿头苍蝇
4
成年鸭子
长度直径 (mm) (mm)
20 4 13 6 93 12磅
横向头向 RCS(dBsm) RCS(dBsm)
-30
-40
-40
-45
-46
-50
-12dBsm
30
4.3 隐身对布局设计的影响
外形隐身设计的基本原则
1. 消除能形成角反射器的外形布局。如采用翼身融合消除垂直侧面机身与机翼的角反射器，采用倾斜的双立尾来消除垂直立尾与平尾的角反射器。
33
4.3 隐身对布局设计的影响
5. 采取措施消除强散射源：对于进气道，采用进气口斜切及将进气道设计成S弯形；武器尽量内埋，取消外挂。
34
4.3 隐身对布局设计的影响
6. 结构细节设计，包括铆钉、台阶等的处理，以及将口盖边缘和缝隙等设计成锯齿形状
7. 当某些部件不能采用外形隐身措施时，可以利用吸波材料降低回波强度
25
4.3 隐身对布局设计的影响
雷达散射截面（RCS）的定义
RCS用以度量目标在雷达波照射下所产生的回波强度大小，用表示，常用单位为m2或分贝平方米dBsm
RCS越大，说明反射越强，越容易被发现
目标处单位立体角内的散射功率
4 目标处单位面积上的入射功率

lห้องสมุดไป่ตู้m
R
4R2
幻影III
幻影2000
阵风
7
4.2 飞机配平形式选择
根据配平翼面和机翼之间的相对位置和配平翼面的多少，通常分为以下几种型式
正常式布局：水平尾翼位于机翼之后鸭式布局：水平尾翼位于机翼之前无尾布局：只有一对机翼，但立尾有无不确定三翼面布局：机翼前面有前翼，后面有平尾
8
4.2 飞机配平形式选择
• 前翼的脱体涡提供非线性升力，提高全机最大升力。
缺点是由于增加前翼使得飞机的总重有所增加
17
4.2 飞机配平形式选择
三翼面布局
F-15E
F-15S/MTD验证机 18
4.2 飞机配平形式选择
前掠翼布局
前掠机翼具有后掠机翼的气动优点，但不存在后掠机翼翼梢分离的缺点：在迎角增大时，机翼根部最先进入失速。因为失速区不包围副翼，这样的失速不导致飞机横向操纵性的丧失。这就提高了飞行的安全性，并提高了超音速飞机的大迎角机动性能。
RCS(m2)
L
10
5
1
0.1
0.01
L(km) 100 84 56 32 18
29
4.3 隐身对布局设计的影响
雷达散射截面的实例
B-52 B-2 F-16 幻影2000 F-117 F-22
----150平方米（头向） ----0.03平方米（头向） ----3平方米（头向） ----9平方米（头向） ----0.02平方米（头向） ----0.05平方米（头向）
鲲鹏-700 （北航3305 T6）
22
4.2 飞机配平形式选择
BURNELLI布局
设计思路是让机身也参与产生升力。但是如果采用增压客舱，机身将变得非常重
对于大型运输机而言，Burnelli的应用有待深入的研究
23
4.2 飞机配平形式选择
斜翼布局
在跨音速范围内，斜机翼布局与常规固定后掠或变后掠机翼飞机相比，有利于降低阻力。
因此，无尾式布局的飞机通常采用扭转机翼的办法，保证飞机的零升力矩系数大于零，这样可以有效的降低飞机飞行时的配平阻力。
15
4.2 飞机配平形式选择
无尾式布局同正常式布局飞机相比有如下的优点 • 飞机结构重量轻 • 隐身特性好 • 气动阻力较小 • 超音速阻力更小
16
4.2 飞机配平形式选择
飞机总体配平型式也就是飞机的气动布局型式，通常指不同承力面的安排型式。
机翼是产生升力的主要部件，前翼、水平尾翼和垂直尾翼等是辅助承力面，用于保证飞机的操纵性和稳定性。
6
4.2 飞机配平形式选择
飞机配平型式的选择是一个复杂的创造性的设计过程，技术因素是首先要研究的问题。另外，飞机型式选择还会受到其他非技术因素的制约，例如：市场、设计人员的风格和习惯等。
飞机型式选择在飞机设计中的地位和作用
飞机设计过程中，影响飞机性能的重大决策基本上都是在飞机型式选择过程中作出的
飞机的气动力特性、强度刚度特性、使用维护性能、制造工艺性能等各个方面的特性，在飞机的型式确定下来以后就基本上确定了
正确地选择飞机型式对设计速度和设计质量有很大的影响
不恰当的飞机型式，会引起以后设计中的重大返工。如果在风洞试验甚至在试飞之后，发现飞机的性能或操纵安定性差，则可能推翻整个方案，就会大大影响设计速度
正常式布局
多数飞机采用正常式布局，主要是因为正常式飞机布局积累的知识和设计经验比较丰富。
飞机正常飞行时，保证飞机各部分的合力通过飞机的重心，保持稳定的运动。
正常式布局的水平尾翼一般提供向下的负升力，为了保证飞机的静稳定性，飞机机翼的迎角大于尾翼的迎角。
9
4.2 飞机配平形式选择
B-2专用恒温机库
35
复习题
1. 飞机型式选择的主要内容是什么？ 2. 简述飞机鸭式、无尾式和三翼面布局的
特点。 3. 简述飞机外形隐身设计的基本原则。
36
谢谢！
37
在常规布局飞机机翼上增加一个支撑可减小机翼弯矩，增大展弦比和升阻比，减轻重量
4.2 飞机配平形式选择
联翼布局
与常规布局相比较，联翼优点如下：提高了抗弯扭强度，减轻了结构重量提供直接升力和直接侧向力控制能力减少了诱导阻力减少了跨音速和超音速波阻，
可以更好的采用面积律
31
4.3 隐身对布局设计的影响
2. 变后向散射为非后向散射 3. 采用一个部件对另一强散射部件的遮挡措施，
如采用背负式进气道，用机身和机翼遮挡进气道。
32
4.3 隐身对布局设计的影响
4. 将全机各翼面的棱边都安排在少数几个非重要的照射方向上去（大于正前方40°以外），使雷达波反射尖峰叠在一起以减少强尖峰个数
＊近距与远距鸭翼的更多介绍－方宝瑞，《飞机气动布局设计》
12
4.2 飞机配平形式选择
鸭式布局的难点是鸭翼位置的选择和大迎角时俯仰力矩上仰的问题。由于鸭翼位于飞机的重心之前，俯仰力矩在大迎角的情况下提供较大的抬头力矩（上仰力矩），不能够稳定的飞行，因此必须提供足够的低头力矩来平衡之
• 在后机身加边条（X-29） • 限制放宽静稳定余度 • 采用发动机推力矢量技术等
只有一个转轴代替了常规变后掠机翼的两个转轴。有利于降低飞机的结构重量。
24
4.3 隐身对布局设计的影响
隐身技术的基本概念
隐身技术(Stealth Technology)又称为低可探测技术(Low Observability Technology)，泛指为了减少飞机被敌方侦察手段扑捉、跟踪和攻击所采用的设计技术，涉及的侦察手段包括雷达、红外线、光电和目视等。
3
4.1 飞机型式的含义与内容
飞机型式选择和飞机的设计要求之间不存在一一对应关系
设计人员应当综合地分析问题，合理妥善地处理一系列相互矛盾的要求，来正确选择飞机各部件的外形及相互位置，这些部件的组合就决定了飞机型式。
4
4.1 飞机型式的含义与内容
飞机型式选择的主要工作
5
4.2 飞机配平形式选择
13
4.2 飞机配平形式选择
前翼尖端涡流布置不当，会引起机翼弯矩增加，阻力增大，所以对于客机常常采用将前翼布置在机翼的远前下方，减少前翼对主翼的气动影响。
14
4.2 飞机配平形式选择
无尾布局
无尾布局飞机一般采用大后掠角的三角形机翼，用机翼后缘的襟副翼作为纵向配平的操作面。
无尾飞机配平时，襟副翼的升力方向向下，引起升力损失，同时力臂较短，效率不高。飞机起飞时，需要较大的升力，为此必须将襟副翼向下偏，这样会引起较大的低头力矩，为了配平低头力矩襟副翼又需上偏，造成操纵困难，配平阻力增加。