未来大型客机气动布局设计

混合动力通勤飞机推进系统气动布局研究
伍庭佳;王宇;李湘;张帅
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】使用VSPAERO气动分析模块,以X-57机翼作为算例,对螺旋桨滑流气动特性进行计算,将气动分析结果与文献中的CFD分析数据进行对比,验证软件的精度和可靠性。

将其应用于19座通勤类飞机,分别对1—3对电机+桨3种气动布局方案参数化建模,调整螺旋桨的位置、尺寸及性能参数,快速分析飞机以巡航马赫数飞行在不同迎角下的升阻特性。

结果表明:3种方案中六桨方案最优,此方案能显著降低全机诱导阻力,使总升阻比较双桨可提高14.8%,相对于四桨可提高31.9%。

【总页数】4页(P219-222)
【作者】伍庭佳;王宇;李湘;张帅
【作者单位】南京航空航天大学航空学院;中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】V228.5
【相关文献】
1.飞翼气动布局飞机纵向短周期等效系统参数辨识技术研究
2.航天飞机的随控布局研究：航天飞机空气动力学问题之六
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计研究4.氢电-锂电通勤飞机分布式推进系统匹配设计5.混合动力推进系统与飞机数字化设计现状与展望
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飞机气动布局简介想必很多人对飞机很感兴趣，因为飞机大多是很漂亮的，流线型的机身，舒展的机翼，实现了人类在蓝天翱翔的梦想。

其实飞机外型的美观虽然是人类主动的设计创作，而实质却是受制于空气阻力的被动结果，从某种意义上讲，这种符合人类审美标准的流畅线条其实是空气动力原理的杰作。

大千世界千变万化，飞机也是形态各异，大的、小的、胖的、瘦的，四个翅膀的、两个翅膀的甚至还有一个翅膀的，打个比方，飞机的式样就像宠物狗一样，当真是品种丰富，血统复杂。

俗话说外行看热闹，内行看门道，既然飞机的外观是空气动力原理决定的，那么这么多种飞机的形状在飞机设计中就有个称谓，叫做空气动力布局。

下面我们就逐一介绍一下各种气动布局，当了解到气动布局这个概念后再回过头来看这些飞机，就会发现自己不会再看花眼了，其实全世界的飞机品种再多，也无非就以下这几种气动布局而已。

各种空气动力布局的主要差别就在于机翼位置上的差别，首先介绍一个最常见的布局——常规布局。

这种布局的特点是有主机翼和水平尾翼，大的主机翼在前，小机翼也就是水平尾翼在后，有一个或者两个垂直尾翼。

世界上绝大多数飞机属于这种气动布局，特别是客运、货运大型飞机，几乎全是这种布局，例如波音系列、欧洲的空中客车系列，我国的运七、运八、ARJ21，美国的C130等。

我国的军用飞机中除了歼10猛龙战斗机以外，都是常规气动布局。

常规布局最大的优点是技术成熟，这是航空发展史上最早广泛使用的布局，理论研究已经非常完善，生产技术也成熟而又稳定，同其他气动布局相比各项性能比较均衡，所以目前无论是民用飞机还是军用飞机绝大多数使用这种气动布局。

常规气动布局机型——我国的ARJ21祥凤支线客机常规气动布局机型——我国的FC-1枭龙歼击机常规气动布局机型——我国的歼11B歼击机常规布局中还有一个另类——变后掠翼布局，就是主翼的后掠角度可以改变，高速飞行可以加大后掠角，相当于飞鸟收起翅膀，低速飞行时减小后掠角，展开翅膀。

飞机的常见气动布局亲爱的同学们大家好：今天，我想和大家讲一讲，飞机的常见气动布局。

大家知道的都有哪些呢？目前我们所知的可行的飞机的空气动力布局方式有：常规、鸭式、三翼面、变后掠、无尾、飞翼、前掠翼。

这些布局方式各有特色各有长短，我将为大家逐个讲解。

首先是常规，常规布局也就是主翼在前，水平尾翼在后，有一个或两个垂尾的气动布局方式。

使用这种气动布局设计的具有代表性的战斗机有，美国——洛克希德马丁公司：F22猛禽。

俄罗斯——苏霍伊设计局：苏27侧卫。

但其实，我们常见的客货机几乎全是这种设计的。

常规布局的优点是技术成熟，理论研究已经非常完善，生产技术也成熟而又稳定，同其他气动布局相比各项性能比较均衡。

只是由于均衡所以也没有特别出色的地方。

然后是鸭式。

因为当初这种气动布局的飞机飞起来像鸭子，故此得名。

说到鸭式布局，我们就不得不说世界上第一架飞机——莱特兄弟的飞行者一号。

它所使用的布局其实就是鸭式布局。

鸭式布局也是主翼在后面，前面加个小机翼叫做鸭翼。

简单地来看，鸭式布局就是将常规布局中的水平位移移到了主翼前方，但鸭翼与平尾并不是一个概念。

虽然鸭翼也承担着控制俯仰的责任，但除此之外，鸭翼还会产生涡流。

这些涡流吹过主翼会带来强大的增升效果，也就是说，鸭翼能提供额外的升力。

如此，鸭式布局的飞机的短距起降性能更强，因为它们在低速度状况下也能获得较高的升力。

鸭式布局的飞机在高速飞行中有着更高的稳定性，机动性也要比常规布局飞机更加出色。

有时鸭式布局飞机还会在机身的后下方增加两片叫做腹鳍的翼面，以增加大迎角情态下的飞行稳定性，这是因为在大迎角情态下，常规布局的飞机的垂尾还会接触到由主翼和平尾的间隙间吹过的气流，而鸭式布局的飞机的主翼往往会阻断流往垂尾的气流，如此垂尾便不能很好地控制飞机的水平方向稳定，而在机身下方增加的腹鳍则能解决这个问题。

这也是鸭式布局飞机的一个不同之处。

鸭式布局设计的代表战机有：中国成飞歼20，欧洲双风：阵风、台风。

摘要我们看到任何一架飞机，首先注意到的就是气动布局。

飞机外形构造和大部件的布局与飞机的动态特性及所受到的空气动力密切相关。

关系到飞机的飞行特征及性能。

故将飞机外部总体形态布局与位置安排称作气动布局。

简单地说，气动布局就是指飞机的各翼面，如主翼、尾翼等是如何放置的，气动布局主要决定飞机的机动性，至于发动机、座舱以及武器等放在哪里的问题，则笼统地称为飞机的总体布局。

飞机的设计任务不同，机动性要求也不一样，这必然导致气动布局形态各异。

现代作战飞机的气动外形有很多种，平直机翼布局、后掠翼布局、变后掠翼布局、无尾翼布局、鸭式布局、三翼面布局、前掠翼布局等。

而以巡航姿态为主的运输机等大型飞机，其气动布局就相对比较单一，主要以常规布局为主关键词：翼型；尾翼；气动外形；空气动力目录引言 (1)一、现代飞机常见气动外形 (2)（一）作战飞机气动外形 (2)（二）非作战飞机气动外形 (7)二、国内飞机常见气动外形 (7)（一）作战飞机气动外形 (7)（二）非作战飞机气动外形 (9)三、飞机气动外形发展 (11)（一）作战飞机气动外形的发展 (11)（二）非作战飞机气动外形的发展 (11)四、我国大飞机气动布局设计的发展建议 (15)致谢 (17)参考文献 (18)引言自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，航空科技一直伴随着科技革命的推进迅速发展，由于该行业属于技术密集型，因此也使得航空科技一直云集着该时代最先进的科技成果，和众多的行业精英。

因此航空技术往往代表着一个时代的科技水平，也促进和引领着科技进步。

而一个时代的航空科技水平则主要体现在该时期的航空器上，飞机作为数量最多、最为常见的航空器，当然代表着一个时代航空科技的水平。

而一个时代飞机的技术水准，则直观的体现在飞机的气动外形上。

从飞机的气动外形我们就可以看出：这个时代航空科技的总体水平，这个时代的设计理念，甚至这个时代的军事政治战略格局等等。

因此，研究飞机的气动外形及其发展，对于我们学习航空科技进而了解世界科技、历史、军事、政治等方面知识有着深远的意义。

250座级翼身融合布局客机气动设计与优化刘晓静;吴江浩;张曙光【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2011(029)001【摘要】结合民机客舱结构设计参数和飞机总体设计参数要求进行气动布局设计,获得250座级翼身融合(BWB)布局客机初步气动设计方案.采用数值求解N-S方程的方法获得该布局在巡航和起飞条件下的纵向气动特性.结果表明,在巡航条件下α=2°时最大升阻比Kmax可达15.9.以固定巡航飞行升力系数下最小化飞行阻力作为目标优化了机翼展向几何扭转角分布.结果表明,优化后外侧机翼的负载减轻,减小了激波强度和波阻,从而提高了巡航升阻比Kcruise.Kmax由初始布局的15.9提高到20.7,Kmax由初始布局的15.4提高到19.2,与现役同座级客机接近.优化后起飞特性得到改善,巡航平飞时低头力矩减小,Cm0为更接近零的一小负数,利于操纵.【总页数】7页(P78-84)【作者】刘晓静;吴江浩;张曙光【作者单位】北京航空航天大学,交通科学与工程学院,北京,100191;北京航空航天大学,交通科学与工程学院,北京,100191;北京航空航天大学,交通科学与工程学院,北京,100191【正文语种】中文【中图分类】V211.3【相关文献】1.翼身融合布局大型客机的重心分析 [J], 索欣诗;陈文达;余雄庆2.翼身融合分布式动力飞行器气动性能探究 [J], 尉子健3.翼身融合布局无人机后缘襟翼气动特性数值模拟 [J], 李俊林;和敬杰;张昕喆;李国举;刘志棋4.分布式动力系统参数对翼身融合布局无人机气动特性的影响 [J], 张阳;周洲;王科雷;范中允5.翼身融合客机PRSEUS壁板参数识别研究与优化设计 [J], 王凯剑;张睿;李岩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

案现代作战飞机的气动布局有很多种，主要有常规布局、鸭式布局、无尾布局、三翼面布局和飞翼布局等。

自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，飞机设计师们通常将飞机的水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼后面的飞机尾部。

这种布局一直沿用到现在，也是现代飞机最经常采用的气动布局，因此称之为“常规布局”。

鸭式布局，是一种十分适合于超音速空战的气动布局。

早在二战前，前苏联已经发现如果将水平尾翼移到主翼之前的机头两侧，就可以用较小的翼面来达到同样的操纵效能，而且前翼和机翼可以同时产生升力，而不像水平尾翼那样，平衡俯仰力矩多数情况下会产生负升力。

早期的鸭式布局飞起来像一只鸭子，“鸭式布局”由此得名。

无平尾、无垂尾和飞翼布局也可以统称为无尾布局。

对于无平尾布局，其基本优点为超音速阻力小和飞机重量较轻，但其起降性能及其它一些性能不佳，总之以常规观点而言，无尾布局不能算是一种理想的选择。

然而，随着隐身成为现代军用飞机的主要要求之一以及新一代战斗机对超音速巡航能力的要求，使得无尾——特别是无垂尾形式的战斗机方案越来越受到更多的重视。

在常规布局的飞机主翼前机身两侧增加一对鸭翼的布局称为“三翼面布局”。

三翼面布局形式可以说最早出现在六十年代初，米高扬设计局由米格-21改型而得的Е-6Т3和Е-8试验机。

三翼面的采用使得飞机机动性得到提高，而且宜于实现直接力控制达到对飞行轨迹的精确控制，同时使飞机在载荷分配上也更趋合理。

俄罗斯的苏－34、苏－37和苏-47都采用这种布局。

早在二战期间，美国和德国就开始研究这种布局的飞机。

现代采用飞翼布局的最新式飞机，就是大名鼎鼎的美国B－2隐型轰炸机。

由于飞翼布局没有水平尾翼，连垂直尾翼都没有，只是像一片飘在天空中的树叶，所以其雷达反射波很弱，据说B－2在雷达上的反射面积只有同类大小飞机的百分之一。

变后掠布局较好的兼顾了飞机分别在高速和低速状态下对气动外形的要求，在六七十年代曾得到广泛应用，但由于变后掠结构所带来的结构复杂性、结构重量的激增，再加上其它一些更为简单有效的协调飞机高低速之间矛盾的措施的使用，在新发展的飞机中实际上已经很少有采用这种布局形式的例子了。

未来大型客机气动布局设计我国C919大型客机项目于2009年通过了工业和信息化部组织的专家评审，顺利进入总体设计阶段，主要部件和系统的供应商已基本确定，并采取合资、联合研发与研制、设计要求是飞机设计的依据，现代客机设计要求主要包括飞机性能、安全性、可靠性和维护性、机载系统性能等内容，还要满足民航当局的适航管理条例要求。

转包生产等形式与供应商合作，以期实现飞机零部件生产的本土化以及降低飞机的直接使用成本。

本文将以未来大型客机为背景，重点探讨气动布局设计问题，提出我国今后民用客机布局设计技术发展的建议。

未来大型客机设计要求设计要求是飞机设计的依据，现代客机设计要求主要包括飞机性能、安全性、可靠性和维护性、机载系统性能等内容，还要满足民航当局的适航管理条例要求。

比如，空客公司A380主要采用增加座位的技术途径达到客公里成本降低10%以上的设计目标；波音公司787综合使用复合材料、高效发动机、健康监测、先进制造工艺等技术，满足了降低20%燃油消耗的设计要求，同时改善了飞机的舒适性和可维护性；我国C919的设计目标是在性能指标与现役同级别先进客机相当的前提下，直接使用成本同比降低10%。

安全性、经济性、环保型和舒适性仍然是下一代大型客机发展的主要设计要求，也是客机的评价准则体系。

波音公司将重点从气动、推进、材料和系统技术入手，力图从提高推进系统可靠度、材料、电击保护、结构和系统健康监测等方面增强飞机安全性，从减少耗油率和维护费用、减轻材料和结构重量、降低制造成本等方面提高飞机的经济性，从降低推进系统噪声、减少排放物污染、能源优化等方面加强环境保护；从降噪和人性化客舱设计等方面提高乘坐的舒适性。

空客公司也提出了下一代民机发展的战略目标，明确了更安全、更经济、更环保和更舒适的设计思想。

针对未来航空环境，美国航空航天局(NASA)于2008年10月请求工业界部门和学术单位对满足2030年代能源效率、环境和运营目标要求的未来商用飞机的先进概念进行研究，即N+3代客机计划，也就是在20~25年之后投入使用、比现役客机先进三代的飞机。

附件II 先进布局宽体客机设计要求1.飞机主要特点1)先进宽体客机应是一款远程、双发/多发、双/多通道，400座级宽体客机；2)飞机应采用低油耗、低排放、低噪音设计技术，在未来30年应具有一定先进性；3)采用先进气动布局设计，以及高气动效率机翼设计技术。

例如前缘下垂，变弯度机翼等以最大实现减阻增效；4)采用先进材料技术，以降低结构重量和维修成本；5)选用先进成熟发动机。

2.总体设计要求1)座级：典型三舱客舱布局400座级；2)商载航程：标准旅客商载按每名旅客（含行李）105公斤计算。

标准旅客商载、ISA、无风条件下，设计航程不低于15000km（应考虑最新适航规章关于备份油规则）；3)典型巡航马赫数：0.82~0.95；4)最大使用高度：43000ft；初始巡航高度：在MTOW，ISA+10 °C条件下起飞，初始巡航高度不小于35 000 ft；5)操稳特性：在飞行包线内，结冰与非结冰情况下，以及所有重量重心组合下，横航向必须具备静稳定性；6)场域特性：起飞场长，着陆场长应不低于同类竞争机水平且有一定提高；进场速度不大于140Kts；7)驾驶舱：驾驶舱布局应考虑人机工效、舒适性、可达性等设计以及相关适航条款的要求；开展驾驶舱新技术的论证以及实施的可行性研究（例如：主动侧杆，触摸屏等）；8)客舱：客舱尺寸和人机工效设计方面舒适性不低于主流竞争机水平；注意飞行机组的休息区和客舱机组的休息区的设置；客舱压力高度和湿度要求不低主流竞争机水平或者更高，以保持客舱舒适性竞争水平；开展客舱舒适性水平论证以及实施的可行性研究；9)货舱：货舱装载水平不低于同类座级竞争机水平；货舱装卸工作应能与任何其它地面服务项目同时进行；10)机场适应性：飞机几何尺寸不应超过ICAO附件14中E类机场要求；在中等强度地基的刚性道面上的ACN值不大于67；允许在15 kts尾风的条件下起飞和着陆；侧风要求：允许在35 kts稳定正侧风条件下起飞和着陆；11)环境要求：注意最新噪声和排放要求，不低于主流竞争机水平并在未来30年具有一定优势裕度。