北航先进飞行器设计工程复习题2014版

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北京航空航天大学硕士研究生课程 先进飞行器设计工程复习题(2014 版)
1、飞机研制的几个主要阶段及其内容（新规定或传统划分方法）。 对于军用飞机，新飞机的研制包括五个阶段： 论证阶段：研究设计新飞机的可行性 方案阶段：设计出可行的飞机总体技术方案 工程研制阶段：进行详细设计，提供图纸试制原型机 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 对于飞机设计，传统划分方法包括：概念设计、初步设计和详细设计。 概念设计：参数与重量、构型与布局（气动布局、结构布局、强度设计、装载布 置、动力与燃油、起落架装置及其他各系统） 、性能、试验 初步设计：各专业和系统的设计与分析；足够精度的外形数模；为全尺寸研制做 准备；试验 详细设计：实际的零部件设计和工艺设计；试验 2、写出重量方程，说明其中各项的意义；对于不存在重量突变的情况，试说 明采用该方程估算起飞重量的一般过程。
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4、下图所示各种尾翼布局，试从结构和气动综合的角度分析哪种布局对改出尾 旋最有利。
【答案不完整】 飞机的方向安定性和操纵性是用立尾、腹鳍及方向舵来实现的。立尾在改出 尾旋中起着关键作用，为从尾旋中改出，要有足够的方向舵效率。在布置立尾时 要考虑使方向舵在大迎角时离开平尾的尾迹。 尾旋时，飞机基本上是垂直下落，同时导致绕一垂直轴旋转，此时必须制止 旋转并减小侧滑角，从而要求有足够的方向舵操作;大迎角下，平尾失速，产生 紊流尾迹，并以大约 45 °的角度向上扩展。作为经验法则，方向舵至少应有三 分之一必须在尾迹之外; 将平尾上移也可减小平尾尾迹对方向舵的影响， 但需要 提防上仰;背鳍因产生一个附着于垂尾上的涡而改善了大侧滑角下的尾翼效率， 这可防止在尾旋中所遇到的那种大侧滑角，并在尾旋中增大方向舵操纵;腹鳍可 以防止大侧滑角， 且不会被机翼尾迹淹没，还用于避免高速飞行中的航向不稳定 性 5、推重比和翼载的概念，内在联系，确定该二参数的一般方法（课件上说根据 画图确定） 。 推重比（ T W ） ：发动机地面台架状态的推力值与飞机重量之比。 翼载（ W S ） ：飞机重量与机翼参考面积之比 推重比和翼载是影响飞机性能最重要的两个参数。 确定这两个参数的一般方法如 下： （1）先猜一个推重比 （2）计算各种状态下的翼载，失速、起飞、降落、机动、巡航等 （3）选取最小的翼载 （4）再重新计算推重比
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22、试说明军用飞机武器挂载的四种方式及其特点。 （1）外部挂装：最简单和最轻的的方式，且具有更换挂装武器最大的灵活性， 但是阻力极高，在近音速时，阻力会超过其他所有部件的总阻 力之和，不可能实现超音速飞行。而半埋式和共形挂装可以避 免这些问题。 （2） 共形挂装： 武器安装在机翼或机身底部， 与外表面平齐。 不破坏飞机结构， 但是阻力比半埋式稍高。 （3）半埋式：其中一半明显在飞机凹槽内，可显著减小飞机阻力，但减少了运 载不同武器的灵活性，并且凹槽引起飞机结构重量增加。 （4）内挂：是阻力最小的一种，可以达到最大的格斗性能，并且应用广泛，常 见于轰炸机和战斗机。内部挂装的一个特殊类型是旋转式武器舱。 23、试说明燃油系统的组成。 （1）燃油箱分系统； （2）供油和输油分系统； （3）通气增压分系统； （4）地面加油和放油分系统； （5）空中加油和应急放油分系统； （6）惰性气体及抑爆分系统； （7）油量测量分系统； （8）散热器燃油的输送及回油分系统 24、试说明对于不同高度和速度的飞机，设计时可选用的发动机类型。 飞行速度 300~400km/h（不高于 Ma0.3） ：活塞式发动机 飞行速度 700-800km/h： 涡轮螺旋桨发动机 、 涡轮风扇发动机、 涡轮桨扇发动机 亚声速客、货机（高于 Ma0.65） ：不带加力燃烧室的高涵道比涡扇发动机 超声速机动飞机：涡轮喷气式发动机、带加力燃烧室的低涵道比涡扇发动机 飞行速度超过 3000km/h 的飞机：冲压喷气发动机、火箭发动机、其他类型的喷 气式发动机（如适用于 Ma=5-6 的脉冲式喷气发动机） 25、对在飞机上安装动力装置的要求是什么？ （1）动力装置引起的附加阻力最小 （2）进气及排气系统的布置应尽量发挥发动机的应有能力 （3）发动机推力轴线位置应尽量减少对飞机操纵安定特性的影响 （4）应保证发动机的使用维护方便 （5）应防止跑道上的砂粒吸入 （6）应保证安全防水 （7）发动机固定接头应简单可靠 （8）应保证发动机易于拆装
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9、飞机起落架形式和轮数与飞机重量的典型关系是怎样的？ 1）双前轮使用普遍，尤其是对采用弹射起飞的舰载机 2）重量大约在 50,000lb 以下时，考虑有一个轮胎瘪胎情况下的安全性，在每 个主轮支柱上采用双轮好些，但通常每个支柱还是采用单主轮 3）重量 50,000-150,000 lb（甚至到 250,000lb） ，每个支柱一般都使用双轮 4）重量 200,000-400,000 lb ，通常采用 4 轮的小车式 5）重量大于 400,000 lb ，采用四个轮轴架，每一轮轴架带 4 个或 6 个机轮， 以便沿横向分散飞机的总载荷 【lb 是重量单位，磅】 10、请列举飞机起落架的 5 个主要参数，并说明其意义（见 19 题） 11、请说明下图中 9 种隐埋式发动机的进气道的进气位置。
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6、布局比较（气动、结构、装载、性能、维护和代价等） ，讲出主要理由。 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。 连翼布局：与常规布局相比较，连翼的优点：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 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，减轻机翼上的气动载荷，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。 翼身融合体布局： 把飞机的机身和机翼合成一体来设计制造， 二者之间没有明显 的界限。其优点是减轻了结构重量、内部容积大、气动阻力小、改善隐身性能， 飞行性能有较大改善。缺点是外形复杂，设计和制造比较困难。 7、战斗机座舱几何尺寸主要取决于哪些因素？ a、人体尺寸 b、座椅尺寸 c、操作和活动空间 d、安全弹射离机通道 e、仪表 板、显示器 f、操纵台 g、视界-座舱盖 h、设备安装 8、飞机推进装置有哪几种？各自的特点和适用范围是什么？ （1）活塞式发动机：效率高、耗油率低、价格低廉、噪音较小。适用于小型低 速飞机，如小型公务机、农业飞机、小型多用途运输机等。 （2）涡轮喷气发动机：推力大，适合于较高速度飞行的飞机，在 0.7-3.0Ma 之 间使用。 （3）涡轮螺桨发动机：与活塞式发动机相比，具有功率重量比大、耗油率低、 振动小和高空性能好的优点，适用于飞行速度在 500-700km/h 的中小型飞 机。 （4）涡轮风扇发动机：亚声速飞行时有较好的经济性，适用于民航机使用。加 力式涡扇发动机加力比大、经济性好，适合于歼击机超声速飞行和亚声速 巡航。 （5）涡轮浆扇发动机：推进效率高、省油，将在新一代亚声速运输机上广泛使 用。 （6）垂直起落发动机：缩短起飞和降落时的滑跑距离，既可用于垂直起落，也 可用于水平飞行。一些军用飞机采用垂直起落发动机。 （7）冲压喷气发动机：与涡轮喷气发动机相比，构造简单、质量轻、推重比大、 成本低，高速飞行状态下经济性好、耗油率低。适用范围 0.5-6Ma，常用于 靶机和飞航式战术导弹，也可用于高超声速飞行器。
W0 Wcrew Wpayload W fuel Wempty
上式从左至右依次是起飞重量、乘员、有效载荷、燃油和空机重量 估算：
W0 Wcrew W payload ( W0 ( W0 Wf W0 )W0 ( Wf W0 )W0 ( We )W0 W0

We )W0 Wcrew W payload W0
Wcrew Wpayload 1 (W f / W0 ) (We / W0 )
3、升阻比 L D 的概念及主要因素。浸湿面积和浸湿展弦比的概念. 升阻比：同一迎角下升力与阻力的比值。升阻比直接取决于两个设计因素，即 翼展和浸湿面积。 浸湿面积：飞机总的外露表面积，可以看做是把飞机浸入水中会变湿的那部分 表面积。 浸湿展弦比：翼展的平方与浸湿面积之比。
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18、简述起落装置的组成及功能。 组成：起落装置由前、主起落架（机轮、刹车系统和减震器）及其收放、锁闭指 示机构，前、主起落架舱门及其收放机构和减速伞以及拦阻钩（如要求装 置时）组成 功能：起落装置供飞机在地面停放、滑行、起飞、着陆用，并吸收与地面冲击能 量和飞机水平动能，保证飞机滑行、起飞和着陆安全以及良好的操纵性、 稳定性。 19、试列举起落架设计的 4 个主要参数及其各自的含义。 擦地角 ：对应于飞机尾部刚刚触地，起落架支柱全伸长，轮胎不压缩时，机头 抬起最高时的姿态 防倒立角 ：主轮在停机状态接地点位置到重心的连线偏离垂线的夹角 防侧翻角 ：飞机滑行时急剧转弯侧翻趋势的量度 前、主轮距 b 主轮距 B 停机角 ：飞机的水平基准线与跑道平面之间的夹角 20、决定客舱舒适性的主要因素是什么？ ①座椅的设计和安排，特别是可调性和腿部空间； ②客舱布置和装饰的美感； ③旅客在舱内的活动空间； ④客舱内的微气候，即空调系统设计； ⑤舱内噪声和声共振； ⑥飞机加速度对旅客的影响； ⑦爬升和下降时机身的姿态； ⑧续航时间； ⑨卫生间、休息室和其他设施的舒适和方便程度； ⑩服务质量——乘务员的服务态度，娱乐、饮食等设施和安排。 21、 试说明民机客舱段机身典型剖面的设计与布置 （加图示） ， 并说明其优缺点。 （图示见纸质版） （1）圆形剖面：由一个完整的圆构成 优点：受力特性好、结构轻、易于加工、生产成本低 缺点：空间有效利用率低 （2）多圆剖面：由多段圆弧和与其相协调的光滑过渡曲线组成 优点： 空间能够得到充分利用，适合于直径较小的飞机或具有多层客舱的 大型飞机 缺点：结构设计及加工性能不如圆形剖面好，生产成本较高 （3）其他剖面 适合于无法采用圆形或多圆剖面的情况，如机身剖面尺寸较小时，为了满 足使用要求二必须采用其他类型的剖面