2014-飞机总体设计-4第四讲-总体布局设计-Part2

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4.4.2 机翼外形设计
机翼相对机身的垂直位置－下单翼结构布置
有利于起落架的设计，起落架可以直接收回机翼中。对双 螺旋桨发动机来说，起落架可方便的收回到发动机短舱。 但需考虑发动机和螺旋桨桨叶的离地高度，会造成起落架 长度增加，重量增大。 为了增加侧向稳定性，机翼需要上反。 下单翼在应急着陆时对机身起到保护作用；水上迫降时， 机身在水面上，应急疏散旅客比较方便。 机翼可以贯穿机身，降低飞机的结构重量。 机身离地高度较大，装卸货物不便。
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4.4.1 翼型选择
参数对翼型气动特性的影响—相对厚度
直接影响飞机的阻力（特别是波阻）、最大升力系数、失速 特性和结构重量。 相对厚度对亚音速阻力影响不大，而超音速时波阻增加约与 c 的平方成正比 。 超音速战斗机的 c 一般在4%~6%，如太小则影响结构高度与 机翼的可用容积；最大厚度位置在40%-45%，有利减阻
(e)－单缝后退襟翼 (f)－多缝后退襟翼
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4.4.4 机翼的增升装置和副翼
增升装置的作用与类型（续）
前缘襟翼包括前缘缝翼、克鲁格襟翼和可偏转的机翼 前缘（机动襟翼）
1——没有增升装置的机翼 2——具有前缘缝翼的机翼 3——具有普通襟片的机翼 4——具有滑动式多开缝襟翼的机翼 5——同4,增加克鲁格前缘襟翼 6——同4,增加前缘缝翼 不同型式机翼增升装置的升力增量—迎角 曲线（以教材图3.25为准） 32
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4.4.2 机翼外形设计
机翼相对机身的垂直位置－中单翼结构布置
中单翼主要的不足是结构上的。对上单翼和下单翼布局来 说，机翼可以贯穿机身，这种安排不会影响内部装载的布 置，而中单翼会受到机身内部装载布置的强烈影响 中单翼布局通常采用环形加强隔框来传递机翼的载荷，或 采用折梁，修形的方式穿过机身，这样可能会增加机翼的 结构重量
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4.4.3 边条
“边条”是前缘尖锐，后掠角很大（达60°以 上）的涡流控制面 边条翼在大迎角飞行时产生脱体涡，本身具有 涡升力，同时还控制和改善机翼的外翼气流分 离，提高机翼的升力
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4.4.3 边条
边条的涡升力容易引起俯仰力矩发生上仰。 随着主动控制技术的发展，采用放宽静稳定 性可以有效解决纵向力矩不稳定的问题。
一般采用自己设计的超临界翼型，如美国的NASA SC(2)-0614，西工大的跨音速飞机用的NPU-S73613 还需注意翼型的配置，翼尖用失速性能好的翼型，翼根 则用升阻比高、相对厚度大的翼型
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4.4.2 机翼外形设计
机翼设计的依据
满足设计要求的飞机性能为主要依据，即应保证
• 在起飞、着陆和空中机动状态下有尽可能大的升力及 高的升阻比； • 在巡航状态和大速度下有尽可能小的气动阻力； • 在全包线范围内有良好的纵向及横侧向的操纵安定特 性，特别是在低速时要有线性的俯仰力矩特性、较高 的副翼效率及横向特性。
满足强度和气动弹性要求，使机翼具有足够的结 构刚度和较轻的结构重量及较大的颤振速度。
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4.4.2 机翼外形设计
机翼几何形状定义
S l b0 b1

c
——机翼参考面积 ； ——机翼展长； ——翼根弦长； ——翼尖弦长 ；
——机翼展弦比 ； ——机翼前缘后掠角； ——根梢比（梯形比）; ——翼型相对厚度; ——扭转角
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4.4.4 机翼的增升装置和副翼ห้องสมุดไป่ตู้
增升装置的作用与类型
作用主要是增加翼型的相对弯度和面积，并对附 面层进行控制，延迟翼面上的气流分离，目的都 是增加飞机升力，改善起降性能 一般分为后缘襟翼 和前缘襟翼 右图中各种后缘 襟翼的增升作用 逐渐增加，但结 (a)－开裂式襟翼 (b)－简单襟翼 (c)－开缝襟翼 构复杂性也增加 (d)－后退开裂式襟翼
三种形式：上单翼、中单翼、下单翼
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4.4.2 机翼外形设计
机翼相对机身的垂直位置－气动干扰问题
中单翼的气动干扰阻力最小，下单翼的干扰阻力最大。如果 下单翼布局采用整流蒙皮，则可以大大降低气动干扰。 中单翼对飞机的横滚力矩特性影响不大，上单翼使系数变大 ，其效果相当于机翼具有较大的上反角，下单翼正好相反。
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4.4.2 机翼外形设计
主要参数选取－其他参数
上（下）反角 • 上反角可提供横向安定效应，下反角减少横向安定效应 • 对于后掠机翼，为防止过大的横向安定性，大后掠时一 般选1°～2°下反角。粗略地说，10 °的后掠角可提 供大约1 °的有效上反
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4.4.2 机翼外形设计
机翼相对机身的垂直位置
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4.4.2 机翼外形设计
机翼几何形状定义
S l b0 b1

c
美英等国的表示符号 ——机翼参考面积 ； —— s ——机翼展长； —— b ——翼根弦长； —— c根 ——翼尖弦长 ； —— c尖 ——机翼展弦比 ； —— A； ——机翼前缘后掠角； —— ΛLE ——根梢比（梯形比）; — — λ尖削比（梢根比）=1/η ——翼型相对厚度; —— t/c; ——扭转角
飞机总体设计 第四讲
飞机总体布局设计
（第二部分）
飞机系 航空科学与工程学院
本讲内容在设计流程中的位置
总体布局设计
配平型式选择 机翼参数选择 尾翼参数选择 机舱与装载布置 推进系统设计 起落架布置 部件及分 系统设计
飞机总体布置 和几何建模
多学科设计 优化(MDO)
经济性、环 保性分析
飞机性能综 合分析评估
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4.4.1 翼型选择
参数对翼型气动特性的影响—前缘半径
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 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
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4.4.2 机翼外形设计
机翼的平均气动弦
翼型在亚音速流中的俯仰 力矩数据通常相对于1/4弦 点给出。翼型绕该点的俯 仰力矩随着迎角的变化基 本为一常数，该点即为翼 型的“气动中心” 完整梯形机翼的气动中心 落在“平均气动弦”上， 其位置如右图确定：
c =(2/3)C根（1+λ+λ2 ）/（1+λ）
r :机翼前缘半顶角
:扰动锥半顶角
令 n= tg(r) /tg(u) n<1 为亚音速前缘 n=1 为音速前缘 n>1 为超音速前缘
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亚音速前缘的后掠机翼
4.4.2 机翼外形设计
主要参数选取－后掠角
当飞行Ma>2时，如果采用亚音速前缘，则后掠角可 能很大，这样会引起机翼结构重量过份增大，同时翼 梢分离更为严重。这时应当避开音速前缘，采用超音 速前缘。 选取前缘后掠角的经验曲线
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4.4.1 翼型选择
翼型是构成翼面的重要部分，直接影响到飞机 的性能和飞行品质 选择翼型时不仅要满足气动要求，还须兼顾结 构、强度及工艺的需要
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4.4.1 翼型选择
翼型的参数
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
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4.4.1 翼型选择
参数对翼型气动特性的影响—相对弯度
弯度的确定通常是保证翼型在正常的巡航速度飞行时 处于设计升力系数状态。设计升力系数指的是具有最 小阻力时的升力系数。 对于任何一种翼型，在其设计升力系数附近，有最有 利的压力分布，阻力最小，升阻比最大 对于低速飞机，巡航速度比较小，所需的升力系数要 大，应当采用相对弯度较大的翼型，对于高速飞机则 应选取相对弯度较小的翼型或无弯度的对称翼型。 平尾、立尾等翼面需要在正负迎角、正负侧滑角下工 作，因此这些翼面都要采用对称翼型
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4.4.2 机翼外形设计
机翼相对机身的垂直位置－上单翼结构布置
机身更加接近地面，这对运输机来说是很明显的优点， 因为这简化了装卸货物的过程 应急着陆时，机翼不能对机身起到保护作用，水上迫降 时，机身在水面下，应急疏散旅客困难 机翼可以贯穿机身，机翼的升力自身可以平衡，减轻了 飞机的结构重量 由于机翼的位置很高，无法装起落架，起落架只能装到 机身上，这时，起落架 难以保证滑跑的稳定性，因为起 落架的轮距不容易保证 在滑跑时的侧向稳定性很好。一些上单翼飞机往往采用 下反来减少滑跑时的过分稳定
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4.4.2 机翼外形设计
主要参数选取－展弦比
大型民用旅客机和军用运输机为提高升阻比，减小升致 阻力，展弦比选在10左右 战斗机着眼于高机动性和减少超声速阻力，展弦比一般 选2.0~4.0
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4.4.2 机翼外形设计
主要参数选取－后掠角
增加后掠角，可以提高临界Ma数，延缓激波的产生， 这是高亚音速飞机采用后掠角的根本原因。 后掠角增加，可以降低气动阻力，但同时会使机翼结构 重量增大，选择后掠角时应避开音速前缘，采用亚音速 或超音速前缘
尾翼在后的稳定飞机，机翼的最初位置应使飞机重心 位于30% MAC处；考虑机身和尾翼的影响后，重心 应大致在25% MAC处 有后尾翼的不稳定飞机，机翼位置取决于所选择的不 稳定水平，通常应使重心位于MAC的40%处 对于鸭式飞机，由于鸭翼下洗对机翼的影响，这些经 验法则很不可靠。对于带有计算飞控系统的操纵型鸭 翼(即不稳定飞机)，机翼最初应布置在使飞机重心位 于机翼MAC大约15~20%处
结构布局 及重量
第四讲 飞机总体布局设计
4.1 飞机型式的含义与内容 4.2 飞机配平形式选择 4.3 隐身对布局设计的影响 4.4 机翼参数选择 4.5 尾翼布置及参数选择
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