飞机总体设计依据.ppt

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飞机设计的依据 飞行器设计教研室 飞机总体设计第二讲 第二讲：飞机设计的依据 飞机的设计要求 飞机的设计规范 飞机的总体技术指标  设计要求示例  设计大作业 飞机的设计要求 设计要求的提出—军用飞机 通常由军方根据如下因素提出：  政治上，未来政治环境和冲突规模的估计  经济上，全寿命费用和承受能力的估计  技术上，未来敌机发展的估计和新技术的风险分析 来源： 方宝瑞. 飞机气动布局设计 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 来源： 方宝瑞. 飞机气动布局设计 飞机的设计要求 飞机设计要求是一项技术文件，没有固定格式 飞机设计要求的基本内容  飞机的用途和任务 • 所设计的飞机是民用机还是军用机？ • 主要用途是什么？ • 其他用途又是什么？ 飞机的设计要求 飞机设计要求的基本内容（续）  任务剖面  简单剖面： 起飞－爬升－ 巡航－待机－ 下降－着陆 飞机的设计要求 飞机设计要求的基本内容（续）  任务剖面  作战剖面： 起飞－爬升－ 巡航－待机－ 下降－投弹－ 爬升－巡航－ 待机－下降－ 着陆 飞机的设计要求 飞机设计要求的基本内容（续）  任务剖面 飞机的设计要求 飞机设计要求的基本内容（续）  飞行性能 • 最大飞行速度 • 升限 • 航程 • 爬升性能 • 加速性能 • 减速性能 • 盘旋性能 • 起降性能 飞机的设计要求 飞机设计要求的基本内容（续）  有效载荷（Payload） • 军机（飞行员、武器） • 民机 （机组、乘客、货物）  功能系统 • 航电、安全、飞控等  使用维护要求 飞机的设计要求 飞机设计要求的基本内容（续）  机体结构方面的要求 • 正、负最大过载 • 承受动强度、使用寿命  研制周期和费用  民机的经济性指标 • 制造成本 • 直接运营成本（Direct operating costs，DOC） 飞机的设计规范 飞机设计规范由国家的有关部门制定和颁布， 是指导飞机设计工作的通用性技术文件 对各类飞机作了许多指令性的规定  飞机的设计情况  安全系数  过载系数  飞行载荷  突风载荷  飞行品质  飞行包线  起飞与着陆的要求  飞机重心的稳定性裕度  强度和刚度 飞机的设计规范 典型的设计规范  美国 • 军用飞机设计规范（MIL） • 联邦适航性条例（FAR-25、FAR-23）  中国 • 军用飞机强度规范 • 中国民用航空规章（CCAR-25、CCAR-23 ） 飞机的总体技术指标 制定  由总设计师和总体设计部门，根据飞机使用技 术要求或战术技术要求，以及有关的设计规范 和适航标准等文件而制定 目的  为了全面指导和协调整个飞机设计的工作 内容  飞机设计要求的具体化和某些必要的补充  考虑当前和今后一个时期内，该指标有一定的 先进性和现实可能性 飞机的总体技术指标 具体项目  最大使用过载  最大最大速压  温度指标  飞行包线 —飞机的飞行特征 和飞行高度的范围 对应于某高度下的最大速度 “裕度 ” 设计要求示例 类型与用途  作为与先进战术战斗机（Advanced Tactical Fighter，ATF）进行“高低搭配”的低端机型  执行空对空作战的 单座轻型战斗机  尽可能地采用新技术 以满足任务要求 来源：Aircraft Engine Design,1987 (2nd Edition, 2002) 设计要求示例 任务剖面 14个任务段 20个任务段！ 设计要求示例 任务剖面 序号 任务段名称 任务段数据 1 起飞 起飞时间=3min、起飞滑跑距离=、最小失速速度= 机场海拔高度=、跑道摩阻系数= 2 水平加速 所在高度=、起始速度=、终止速度=、 水平加速允许时间=、军用推力状态 3 加速爬升 起始高度=、终止高度=、 起始速度=、终止速度=0. 90Ma、军用推力状态 4 巡航 巡航高度=、巡航速度=0. 90Ma、巡航距离= 5 下降 起始高度=、终止高度=9144. 0m 6 巡逻待机 待机高度=、待机速度=0. 68Ma、待机时间= 设计要求示例 任务剖面 7 水平加速 所在高度=、起始速度=、终止速度=、 水平加速允许时间=50s、最大推力状态 8 巡航 巡航高度=、巡航速度=、巡航距离= 9 格斗盘旋 盘旋高度=、盘旋速度=、盘旋圈数=1 10 格斗盘旋 盘旋高度=、盘旋速度=、盘旋圈数=2 11 水平加速 所在高度=、起始速度=、终止速度=、 水平加速允许时间=50s、最大推力状态 12 投放有效载荷 投放的有效载荷的重量= （2枚AMRAAM导弹） 13 投放有效载荷 投放的有效载荷的重量= （2枚AIM-9L导弹和1/2的炮弹） 设计要求示例 任务剖面 14 巡航 巡航高度=、巡航速度=、巡航距离= 15 减速爬升 起始高度=9144. 0m、终止高度=、 起始速度=、终止速度=0. 9Ma、军用推力状态 16 巡航 巡航高度=、巡航速度=、巡航距离= 17 下降 起始高度=、终止高度= 18 巡逻待机 待机高度=、待机速度=、待机时间= 19 下降 起始高度=、终止高度= 20 着陆 进场高度=、着陆接地速度=70m/s、着陆滑跑距离=、 机场海拔高度=、跑道摩阻系数= 设计要求示例 性能要求 起飞距离 1500 ft 着陆距离 1500 ft 最大速度 /40k ft 超音速巡航要求 /30k ft 加速性能 /30k ft t≤50 s 持续盘旋过载 n≥5 at /30k ft n≥5 at /30k ft 设计要求示例 有效载荷  飞行员 1名  武器 • AMRAAM × 2                       326 lb/枚 • AIM-9L × 2                            191 lb/枚 • 25mm机炮 × 1                        270 lb              • 炮弹 × 500                              550 lb 设计大作业－题目 可选题目A—喷气式民用旅客机  A1. 参考机型 Boeing 737-700 设计大作业－题目 A2. 任务剖面： A3. 有效载荷：  乘客数: 120人  机组数目： 6人  每人重90kg （含行李） (P. 17) 设计大作业－题目 A4. 飞行性能要求（参考数据）：  巡航速度 Ma=  巡航高度 11000m  航程 5000 km  待机时间 45min  起飞／着陆距离 1600 m  接地速度 ≤220km/h 设计大作业－题目 可选题目B—先进轻型战斗机  B1. 参考机型 F-35A 设计大作业－题目 B2. 任务剖面： B3. 有效载荷：  飞行员：1人 100kg (P. 16)  中距空对空导弹× 2  近距空对空导弹× 2  机炮 设计大作业－题目 B4. 参考性能数据与设计过程 DR-3轻型超音速巡航战斗机 ＊Raymer, D. P. Aircraft Design: A Conceptual Approach, 3rd, 1999. （《现代飞机设计》,1992） 设计大作业－报告内容与要求 序号 内 容 要求说明 建议 完成时间 1   拟定飞机的设计要求    收集参考机型的数据，结合给定的基 本要求，补充完善其它设计要求 第1周 2   方案构思与对比   提出两种以上的飞机方案构思，画出 设计草图；对比优缺点，选定一种 第1周 3   主要总体设计参数的计算 给出详细的步骤说明飞机各主要设计 参数的计算过程 第2周 4   机翼外形参数的设计  说明机翼外形参数是如何确定的，含 襟翼和副翼的外形 第2周 5  尾翼外形参数的设计  说明尾翼外形参数是如何确定的 第2周 设计大作业－报告内容与要求 6 机身设计  详细说明机身设计的过程和理由 （给出若干站位处的剖面示意图）  第2周 7  发动机及其他主要装载 的布置   确定发动机和武器等装载的位置 第3周 8  起落架布置  除位置参数外，还需确定轮胎尺寸 第3周 9   绘制飞机三面图  对设计草图进行细化，形成三面图 （用Catia、AutoCAD等CAD软件绘 制） 第3周 10  三维建模  用Catia建立三维模型 第4周 设计大作业－报告内容与要求 Boeing757 Airbus310 利用catia完成的 部分概念方案 设计大作业－报告内容与要求 11  重量计算与   重心定位   列出所有计算公式和计算过程 第4周 12  气动特性估算   列出所有计算公式和数据表格 第4周 13  飞行性能估算   列出所有计算公式和计算过程 第4周 14   完成设计报告   报告中应编有目录、章节、总结和分工说明 （A4幅面、正文小四宋体、倍行距） 第5周 15   汇报设计工作   每组有10分钟的汇报时间，应做好幻灯片， 进行讲演 第5周 设计大作业－分组要求 题目名称 组别 人员 总计68人（ 8组每组8-9人） 设计大作业－注意事项 第1周周4确定各组成员与组长 （各班班长或学习委员负责上交名单，领取资料） 设计大作业－注意事项 人员分工参考：  组长（协调、整理报告、汇报等） 1  方案确定 所有成员  绘图、CAD 2  参数选择 （部件设计） 3-4  重量估算 1  气动估算 1  飞行性能估算 1 设计大作业－评分标准 1）完整性 2）正确性 3）可行性 4）清晰性 5）汇报 6）各成员表现 设计大作业－NOTICE 来源: Boeing Whether we like it or not, we are all in this together. 设计大作业－NOTICE  Design is a challenge  Design is important  Design can be fun source: W. H. Mason Department of AOE Virginia Tech. 复 习 题 1. 飞机的设计要求有哪些基本内容？ 复 习 题 习题上交方式：  作业用A4幅面的Word文档，发送电子版到 feijisheji2005@  按设计小组交，即每组的作业合并在同一个 文档中，每页写明各自姓名和学号  由组长指派人员发送，邮件名称注明组号和 作业次数  每四次课交一次作业 mailto:aerodesigner@ 谢 谢！