机翼外形初步设计(一)

飞行器结构设计课程设计作业鸭式模块化双机身飞机””“鸭式模块化双机身飞机机翼初步及详细设计——机翼初步及详细设计——学院：航空航天与力学学院专业：飞行器制造工程学号：093508、093534、093535姓名：杜孟尧、张茂新、倪荫梅指导老师：沈海军1.项目背景所谓模块化鸭式飞机，指在设计中采用模块化思想及鸭式的布局形式。

采用鸭式的气动布局，具有全机升力系数大、升阻比大的有点。

而模块化则要求飞机可以在双机身和单机身之间方便的转变，此乃模块化的意义所在。

项目提出并成功立项之后，经工作任务分配，杜孟尧、张茂新、倪荫梅三人负责飞机机翼的设计与制作工作。

2012年8月，所有工作完成之后，已经对单机身的飞机进行了试飞并获得成功。

2012年12月，双机身飞机也已制作成功，现正在进行试飞后的改进工作。

以下为机翼的初步设计以及细节设计过程。

2.机翼初步设计（主要完成者：杜孟尧）2.1机翼俯视图经过之前的整机初步设计，已经得到了机翼的设计要求，如表2.1：图2.1机翼设计参数经气动分析整体设计，机翼采用CLARK Y 翼型。

有以上设计参数，确定了机翼的俯视图，如图2.2图2.2机翼俯视图双机身单机身翼面积0.589㎡0.439㎡相对厚度15%15%展弦比10.788.22根梢比 1.5 1.5外段后掠角7.59°7.59°展长 2.5m 1.5m 根部弦长0.25m 0.25m 平均气动弦长0.2356m 0.231m 安装角3°3°副翼展长 1.0m 1.0m 副翼弦长0.06m 0.06m 副翼面积0.06㎡0.06㎡相对面积0.1020.137机翼包括中段翼和外段翼两部分。

中段翼与机身相连，外段翼由中段翼外伸，并安装副翼和翼稍垂尾。

2.2翼身连接连接方式设计翼身连接方式采用根部翼肋加强耳片与机身侧壁螺栓连接的形式。

这种方法在飞机中并不常见，但对于航模来说，强度已经足够，并且可以达到快速装配的目的。

机翼结构设计方案及强度计算模型一设计思路：根据设计要求，机翼全长4m,翼弦长1m，前后两根梁。

于是利用abaqus软件的壳单元建立了一个基本的机翼模型。

图1 单只机翼模型然后参考《实用飞机复合材料结构设计与制造》、《复合材料设计手册》、《复合材料力学》等资料，初步设计机翼采用蒙皮夹心结构，上下表面分别铺3层复合材料，考虑到机翼的工况采用[45/0/-45]铺层方式，每层厚度为0.125mm，具体如图2所示。

中间夹心材料采用PMI泡沫，该材料具有突出的比强度和良好的耐蠕变性，可以很好的克服屈曲。

夹心材料厚度初步拟定为5mm，进行计算模拟，如果屈曲明显则可加厚。

表1 机翼的材料参数图2 机翼的蒙皮夹心铺层结构考虑到梁是主要的承力部件，采用[-45/0/45/90]s铺层方式，每层厚度为0.125mm，具体如图3所示。

图3 梁的铺层结构利用abaqus模拟计算时将工况环境简化，采用一端固定，在机翼下表面加载Y方向的升力，分布如图5所示。

图4 机翼的固定端约束图5 机翼的载荷分布模型一的计算结果：梁每层复合材料的应力云图图6 梁每层复合材料的应力云图梁的计算结果分析：从计算结果中不难发现，机翼前缘的梁承受的力要比尾部的梁大很多，可以考虑适当加厚。

对比各层复合材料的受力情况，0°的复合材料层受力明显，可以适当增加0°的复合材料层数。

靠机身段的梁应力集中明显，可以在该部位适当增加梁的厚度，也可考虑用工字梁强化该部位。

机翼每层复合材料的应力云图：图7 机翼每层复合材料的应力云图（1-5层）图7 机翼每层复合材料的应力云图（6-7层）图8 机翼的变形云图计算结果总体分析：表2 模型一的计算结果部件材料最大应力最大剪应力梁、肋单向带复材454.8MPa9.872Mpa蒙皮单向带复材315.4MPa15.1 Mpa蒙皮PMI泡沫0.278MPa0.0175 MPa 单向带复材的拉伸强度为1541MPa，PMI泡沫的拉伸强度为1.6MPa单向带复材的剪切强度为60MPa，PMI泡沫的剪切强度为0.8MPa从表中可以得出，模型的强度在材料的许用强度范围内，该设计符合强度要求。

固定翼制作设计航模固定翼飞机机翼与机身比例多少为合适？有奖励写回答共5个回答305660300TA获得超过1.4万个赞这不是一个固定值，不同参数变化的时候，这个比例会有变化。

我给你一个通用的方案，只要按照这个方案来执行，就是科学的。

第一步，整体设计。

1、确定翼型。

我们要根据模型飞机的不同用途去选择不同的翼型。

翼型很多，好几千种。

但归纳起来，飞机的翼型大致分为三种。

一是平凸翼型，这种翼型的特点是升力大，尤其是低速飞行时。

不过，阻力中庸，且不太适合倒飞。

这种翼型主要应用在练习机和像真机上。

二是双凸翼型。

其中双凸对称翼型的特点是在有一定迎角下产生升力，零度迎角时不产生升力。

飞机在正飞和到飞时的机头俯仰变化不大。

这种翼型主要应用在特技机上。

三是凹凸翼型。

这种翼型升力较大，尤其是在慢速时升力表现较其它翼型优异，但阻力也较大。

这种翼型主要应用在滑翔机上和特种飞机上。

另外，机翼的厚度也是有讲究的。

同一个翼型，厚度大的低速升力大，不过阻力也较大。

厚度小的低速升力小，不过阻力也较小。

因为我做的是练习机，那就选用经典的平凸翼型克拉克Y了。

因伟哥有一定飞行基础，速度可以快一些，所以我选的厚度是12%的翼型。

实际上就选用翼型而言，它是一个比较复杂、技术含量较高的问题。

其基本确定思路是：根据飞行高度、翼弦、飞行速度等参数来确定该飞机所需的雷诺数，再根据相应的雷诺数和您的机型找出合适的翼型。

还有，很多真飞机的翼型并不能直接用于模型飞机，等等。

这个问题在这就不详述了。

机翼常见的形状又分为：矩形翼、后掠翼、三角翼和纺锤翼（椭圆翼）。

矩形翼结构简单，制作容易，但是重量较大，适合于低速飞行。

后掠翼从翼根到翼梢有渐变，结构复杂，制作也有一定难度。

后掠的另一个作用是能在机翼安装角为0度时，产生上反1-2度的上反效果。

三角翼制作复杂，翼尖的攻角不好做准确，翼根受力大，根部要做特别加强。

这种机翼主要用在高速飞机上。

纺锤翼的受力比较均匀，制作难度也不小，这种机翼主要用在像真机上。

飞机机翼翼型解析近日，网上有传我国J-20战斗机改装前掠翼版，并且配有想象图，象机翼“前掠”、“后掠”等名词，如果不配图，很多菜鸟级军迷可能还不知道是什么个翼型。

现在，我想从固定翼飞机和直升机两个方面来对各种机翼进行简单剖析。

一、固定翼飞机翼型。

1、固定翼飞机机翼大布局分为：常规布局、大三角翼布局、鸭翼布局。

常规布局就是我们常见的飞机，是目前世界上应用最广泛的一种翼型。

常规布局飞机的特点是前翼大、后翼小，机尾有尾垂，这些都是最基本的。

常规布局仍存在一些看起来不一样的地方飞是尾垂仍有几个式样，如：大型客机和运输机尾垂顶部有小翼，现代三代、四代战斗机多采用双尾垂，而二代以前的战斗机几乎都是单尾垂的。

很多大型飞机主翼稍部都有一个小的上翘，称为翼稍小翼；之所以做这个小翼是因为设计师们发现，飞机尖细的翼稍高速划过空气时会剧烈撕裂空气并形成紊流，而紊流对飞机的升力和高速性都造成了明显的不利影响，如果消除这样的紊流将对减小飞机的燃料消耗起到很大作用，所以现有多大型飞机都设有小翼，而战斗机之所以很少有翼稍小翼是因为小翼对飞机来说本身是一个增重，大型飞机由于自身重量大对这样小的增重不太敏感，而战斗机起飞垂量低，对超重非常敏感，设计翼稍小翼给战斗机带来的好处和飞机增重带来的小利影响基本持平或者大于收益，所以战斗机飞不再设翼稍小翼了。

现代很多战斗机翼尖可挂格斗导弹，如SU-27、J-15、F-16等等，当这些飞机翼尖不挂导弹时从减轻飞机重量来考虑应该拆掉翼稍挂架，但很多飞行中的战斗机并不拆除这一对挂架，主要原因就是这对挂架虽然会增加飞机自重，但在飞行时却起到翼稍小翼的作用，两相抵消后虽然没有多大增益但增重后对飞行的影响也不大，不拆除挂架还减少了一些维护费，所以很多战斗机平时也保留了这对挂架。

部分中型运输机改装的特种机尾翼两侧加了两到四块垂直方向安装的小板称为“端板”，端板的作用主要是增强飞机飞行的气动性，如美军E-2预警机为了方便地放进机库而降低了垂尾高度，而垂尾的一个重要作用就是平飞是改变飞行方向，垂尾降低后飞行转向性能变差了，为了弥补这个据点，增加垂尾是很普遍的方法，E-2预警机在增加垂尾后可以在降低垂尾高度的同时维持了飞机转向性能。

简介机翼结构设计方案机翼是飞机最重要的部件之一，它是承受飞机载荷、提供升力的关键部分。

机翼结构设计方案涉及到许多因素，例如机翼的形状、材料、布局等。

在设计机翼结构时，需要兼顾飞行性能、结构强度和质量等多个方面。

首先，机翼的形状对飞机的升力和阻力性能有重要影响。

常见的机翼形状包括直线翼、椭圆翼、矩形翼等。

直线翼具有简单的结构，适合低速飞行和起降，但阻力较大。

椭圆翼则具有较高的升力系数和较小的阻力系数，适合高速飞行。

在设计机翼结构时，需要根据飞机的任务需求和性能要求选择合适的机翼形状。

其次，机翼的材料选择对机翼的重量和强度有重要影响。

常见的机翼材料包括铝合金、复合材料和钛合金等。

铝合金具有良好的可加工性和强度，且成本较低，是常用的机翼材料。

复合材料具有高强度和低密度的特点，能够减轻机翼重量，提高飞机性能，但成本较高。

钛合金具有较高的强度和耐腐蚀性，适合用于大型飞机的机翼结构。

在选择材料时，需要综合考虑机翼的成本、性能和可制造性等因素。

此外，机翼的布局设计也对机翼的性能有重要影响。

常见的机翼布局包括全弦翼、后掠翼、前缘缝翼等。

全弦翼具有较大的升力系数，适合低速飞行，但阻力较大。

后掠翼具有较小的阻力系数和适应高速飞行的特点。

前缘缝翼能够增加机翼的升力，提高飞机的起降性能。

在布局设计时，需要根据飞机的任务需求和性能要求选择合适的机翼布局。

综上所述，机翼结构设计方案涉及到机翼的形状、材料和布局等多个方面。

在设计机翼结构时，需要兼顾飞行性能、结构强度和质量等多个因素，确保机翼能够满足飞机的任务需求和性能要求。

在未来，随着材料技术和设计方法的不断发展，机翼的结构设计方案将会得到进一步的改进和优化，以提高飞机的性能和效率。

飞机型号设计知识点图文飞机型号设计是航空工程中的重要环节，它涉及到飞机的外形、结构、性能和功能等方面的设计。

本文将以图文方式介绍飞机型号设计的相关知识点。

一、气动外形设计飞机的外形设计直接影响着其气动性能。

气动外形设计要考虑到飞机的抗阻力、升力系数、稳定性和操纵性等因素。

下图为常见的几种飞机外形设计。

（插入图片1：常见飞机外形设计）1. 翼形设计翼形是飞机的主要气动部件，直接影响飞机的升力和阻力。

常见的翼形设计包括对称翼、上反翼和下反翼等，每种翼形都有其特定的应用场景和优势。

2. 机身设计机身的外形设计既要保证机身的强度和刚度，又要减小阻力。

常见的机身设计包括圆柱体、椭圆柱体和梯形等形状，不同的设计形状对飞机的阻力和气动性能有着不同的影响。

3. 尾翼设计尾翼主要用于保证飞机的稳定性和操纵性。

常见的尾翼设计包括垂直尾翼和水平尾翼，它们在飞机的升降和方向控制中起着重要作用。

二、结构设计飞机的结构设计要考虑到飞机的强度、刚度和重量等因素。

结构设计中常用的材料有金属、复合材料和高强度合金等。

下图为飞机常用的结构设计形式。

（插入图片2：飞机结构设计）1. 壳体结构壳体结构是飞机的主要结构形式之一，它采用桁架结构和蒙皮结构的组合，保证了飞机的强度和刚度。

2. 桁架结构桁架结构是飞机的另一种常见结构形式，它由桁架和蒙皮组成，可以有效减轻飞机的重量，提高飞机的性能。

3. 复合材料结构复合材料在飞机结构设计中具有重要的地位，其轻质、高强度和抗腐蚀等特点使得飞机的结构更加优化。

三、动力系统设计动力系统设计对飞机的性能有着重要的影响，它包括发动机、燃油系统和推进系统等。

下图为飞机常用的动力系统设计。

（插入图片3：飞机动力系统设计）1. 发动机设计发动机是飞机的核心动力装置，其设计既要考虑到动力输出的要求，又要考虑到重量和空间等限制。

常见的发动机设计包括涡喷发动机和涡轴发动机等。

2. 燃油系统设计燃油系统设计包括燃油的存储、供给和供油等方面，它对飞机的长航程和燃油经济性有着重要的影响。

1、翼型的定义与研究发展在飞机的各种飞行状态下，机翼是飞机承受升力的主要部件，而立尾和平尾是飞机保持安定性和操纵性的气动部件。

一般飞机都有对称面，如果平行于对称面在机翼展向任意位置切一刀，切下来的机翼剖面称作为翼剖面或翼型。

翼型是机翼和尾翼成形重要组成部分，其直接影响到飞机的气动性能和飞行品质。

通常飞机设计要求，机翼和尾翼的尽可能升力大、阻力小、并有小的零升俯仰力矩。

因此，对于不同的飞行速度，机翼的翼型形状是不同的。

对于低亚声速飞机，为了提高升力系数，翼型形状为圆头尖尾形；对于高亚声速飞机，为了提高阻力发散Ma数，采用超临界翼型，其特点是前缘丰满、上翼面平坦、后缘向下凹；对于超声速飞机，为了减小激波阻力，采用尖头、尖尾形翼型。

3、NACA翼型编号NACA四位数翼族：其中第一位数代表f，是弦长的百分数；第二位数代表p，是弦长的十分数；最后两位数代表厚度，是弦长的百分数。

例如NACA 0012是一个无弯度、厚12%的对称翼型。

有现成实验数据的NACA四位数翼族的翼型有6%、8%、9%、10%、12%、15%、18%、21%、24五位数翼族的厚度分布与四位数翼型相同。

不同的是中弧线。

具体的数码意义如下：第一位数表示弯度，但不是一个直接的几何参数，而是通过设计升力系数来表达的，这个数乘以3/2就等于设计升力系数的十倍。

第二、第三两位数是2p，以弦长的百分数来表示。

最后两位数仍是百分厚度。

例如NACA 23012这种翼型，它的设计升力系数是（2）×3/20=0.30；p=30/2,即中弧线最高点的弦向位置在15%弦长处，厚度仍为12%。

一般情况下的五位数编号意义如下有现成实验数据的五位数翼族都是230-系列的，设计升力系数都是0.30，中弧线最高点的弦向位置p都在15%弦长处，厚度有12%、15%、18%、21%、24%五种。

其它改型的五位数翼型在此就不介绍了。

1、低速翼型绕流图画低速圆头翼型在小迎角时，其绕流图画如下图示。

机翼外形设计
机翼平面形状的几何参数的确定
根据主要参数的设计，已知机翼面积为450m2/2=225 m2 ,展弦比及后掠角，通过计算可得出：
机翼展长
通过和现有相同类型客机的比较，比波音777的展弦比小，机翼根部弦长增大，结构高度增加，有利于承力构件布置。

有利于起落架布置，可增加燃油容积。

—展弦比：8.5 —后掠角（度）：28
—机翼平均相对厚度：0.12 —起飞C Lmax ：2.25
—着陆C Lmax ：2.65
l =
根据现有统计数据，拟定梯形比为0.3，减小了尖梢比，由于起落架是多支点式，有利于布置起落架，同时可减轻机翼结构重量。

由此可计算得出：
=8m
=2.4m
2/[(1)]
c S lλ
=⋅+
根
c cλ
=
尖根
根据现有客机的统计数据，对于高亚声速飞机，拟定Λ = 28︒,可以提高临M 界数，延缓激波的产生。

同时较小的后掠角有利于起落架的布置‘ =2.3
=66.50
最后计算得出平均气动弦长=5.7m 作出机翼草图如下：
1/4(1)/[(1)]tg tg λλλΛ=Λ+-+前缘1/4ΛΛ前缘2(2/3)(1)/(1)root MAC C λλλ=+++。

机翼各翼面的位置图图片说明：上图为机翼各翼面的位置图，民航飞机的机翼各翼面位置一般类似。

机翼上各操纵面是左右对称分布，部分由于图片受限未标出机翼的基本概念机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行；同时也起一定的稳定和操纵作用。

是飞机必不可少的部件，在机翼上一般安装有飞机的主操作舵面：副翼，还有辅助操纵机构襟翼、缝翼等。

另外，机翼上还可安装发动机、起落架等飞机设备，机翼的主要内部空间经密封后，作为存储燃油的油箱之用。

相关名词解释：1 翼型：飞机机翼具有独特的剖面，其横断面（横向剖面）的形状称为翼型，称为翼型2 前缘：翼型最前面的一点。

3 后缘：翼型最后面的一点。

4 翼弦：前缘与后缘的连线。

5 弦长：前后缘的距离称为弦长。

如果机翼平面形状不是长方形，一般在参数计算时采用制造商指定位置的弦长或平均弦长6 迎角(Angle of attack) ：机翼的前进方向(相当与气流的方向)和翼弦(与机身轴线不同)的夹角叫迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。

7 翼展：飞机机翼左右翼尖间的直线距离。

8 展弦比：机翼的翼展与弦长之比值。

用以表现机翼相对的展张程度。

9上（下）反角：机翼装在机身上的角度，即机翼与水平面所成的角度。

从机头沿飞机纵轴向后看，两侧机翼翼尖向上翘的角度。

同理，向下垂时的角度就叫下反角。

10 上（中、下）单翼：目前大型民航飞机都是单翼机，根据机翼安装在机身上的部位把飞机分为上（中、下）单翼飞机也有称作高、中、低单翼。

11 机翼安装在机身上部（背部）为上单翼；机翼安装在机身中部的为中单翼，机翼安装在机身下部（腹部）为下单翼。

上单翼的飞机一般为运输机与水上飞机，由于高度问题，此时起落架等装置一般就不安装在机翼上，而改在机身上，使用上单翼的飞机一般采用下反角的安装。

中单翼因翼梁与机身难以协调，几乎只存在理论上；下单翼的飞机是目前民航飞机常见的类型，由于离地面近，便于安装起落架，进行维护工作，使用下单翼的飞机一般采用上反角的安装。

飞机机翼设计。

按机翼平面形状，飞机可分为平直翼飞机，梯形翼飞机，后掠翼飞机，三角翼飞机，变后掠翼飞机，前掠翼飞机，飞翼式飞机。

按尾翼布局形式，飞机可分为正常尾翼飞机和鸭式飞机平直翼机翼的1/4弦线后掠角大约在20°以下。

平直翼多用在亚音速飞机和部分超音速歼击机上。

在亚音速飞机上，展弦比为8～12左右,相对厚度为0.15～0.18。

在超音速飞机上,展弦比为3～4,相对厚度为0.03～0.04左右。

代表机型：F9F后掠翼机翼1/4弦线后掠角多在25°以上。

用于高亚音速飞机和超音速飞机。

高亚音速飞机后掠翼的常用参数范围是：后掠角30°～35°，展弦比6～8，相对厚度约0.10，梢根比0.25～0.3。

对于超音速飞机，后掠角超过35°，展弦比3～4，相对厚度0.06～0.08，梢根比小于0.3。

代表飞机：F111（变后掠翼）和F14（变后掠翼）和B1，MIG23/27和SU22和SU24和图-160三角翼机翼前缘后掠角约60°，后缘基本无后掠，俯视投影呈三角形状。

展弦比约为2，相对厚度0.03～0.05。

多用于超音速飞机，尤以无尾飞机采用最多。

改善机翼气动特性的措施超音速飞机常用的后掠和三角形薄机翼存在低速大迎角特性不好的缺点。

在机翼设计中，除适当选择外形参数外，还经常采用以下附加措施。

代表飞机:j10 幻影2000前掠翼前掠翼的结构受力形式后掠翼相同、并同后掠翼一样机翼根部区域的结构和承载方式与直机翼不同。

除单梁式机翼以外，与后掠翼结构受力形式比较，前掠翼结构受力形式中的前梁根部和靠近前梁根部壁板承受的载荷较大。

身前梁的加载是由于较长（刚度较小）后梁的卸载造成的。

代表飞机:su47鸭翼：当然鸭翼只是指鸭式布局中座舱两侧有两个较小的三角（后掠翼）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。