飞机总体设计依据

飞机设计的依据飞机设计的依据飞行器设计教研室飞行器设计教研室飞机总体设计第二讲 第二讲：飞机设计的依据第二讲：飞机设计的依据飞机的设计要求飞机的设计要求飞机的设计规范飞机的设计规范飞机的总体技术指标飞机的总体技术指标 设计要求示例设计要求示例 设计大作业设计大作业飞机的设计要求飞机的设计要求v设计要求的提出设计要求的提出军用飞机军用飞机 通常由军方根据如下因素提出：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技术上，未来敌机发展的估计和新技术的风险分析 来源：来源：方宝瑞方宝瑞.飞机气动布局设计飞机气动布局设计飞机的设计要求飞机的设计要求v设计要求的提出设计要求的提出民用飞机民用飞机民用飞机很难说有什么民用飞机很难说有什么“固定客户固定客户”，因此要发，因此要发展什么样的飞机，一般由飞机公司提出初步设想，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进行长期的市场调查和详细的分析研究 来源：来源：方宝瑞方宝瑞.飞机气动布局设计飞机气动布局设计飞机的设计要求飞机的设计要求v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是一项技术文件，没有固定格式v飞机设计要求的基本内容飞机设计要求的基本内容飞机的用途和任务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的设计要求v飞机设计要求的基本内容（续）飞机设计要求的基本内容（续）任务剖面任务剖面 简单剖面：简单剖面：起飞爬升起飞爬升巡航待机巡航待机下降着陆下降着陆飞机的设计要求飞机的设计要求v飞机设计要求的基本内容（续）飞机设计要求的基本内容（续）任务剖面任务剖面 作战剖面：作战剖面：起飞爬升起飞爬升巡航待机巡航待机 下降投弹下降投弹爬升巡航爬升巡航待机下降待机下降着陆着陆飞机的设计要求飞机的设计要求v飞机设计要求的基本内容（续）飞机设计要求的基本内容（续）任务剖面任务剖面飞机的设计要求飞机的设计要求v飞机设计要求的基本内容（续）飞机设计要求的基本内容（续）飞行性能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的设计要求v飞机设计要求的基本内容（续）飞机设计要求的基本内容（续）有效载荷（有效载荷（Payload）军机（飞行员、武器）民机（机组、乘客、货物）功能系统功能系统航电、安全、飞控等使用维护要求使用维护要求飞机的设计要求飞机的设计要求v飞机设计要求的基本内容（续）飞机设计要求的基本内容（续）机体结构方面的要求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研制周期和费用民机的经济性指标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的设计规范v飞机设计规范由国家的有关部门制定和颁布，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是指导飞机设计工作的通用性技术文件v对各类飞机作了许多指令性的规定对各类飞机作了许多指令性的规定l飞机的设计情况飞机的设计情况l安全系数安全系数l过载系数过载系数l飞行载荷飞行载荷l突风载荷突风载荷l飞行品质飞行品质l飞行包线飞行包线l起飞与着陆的要求起飞与着陆的要求l飞机重心的稳定性裕度飞机重心的稳定性裕度l强度和刚度强度和刚度飞机的设计规范飞机的设计规范v典型的设计规范典型的设计规范美国美国军用飞机设计规范（MIL）联邦适航性条例（FAR-25、FAR-23）中国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飞机的总体技术指标v制定制定由总设计师和总体设计部门，根据飞机使用技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和适航标准等文件而制定v目的目的为了全面指导和协调整个飞机设计的工作为了全面指导和协调整个飞机设计的工作v内容内容飞机设计要求的具体化和某些必要的补充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先进性和现实可能性飞机的总体技术指标飞机的总体技术指标v具体项目具体项目最大使用过载最大使用过载最大最大速压最大最大速压温度指标温度指标 飞行包线飞行包线 飞机的飞行特征飞机的飞行特征 和飞行高度的范围和飞行高度的范围 对应于某高度下的最大速度对应于某高度下的最大速度“裕度裕度”设计要求示例设计要求示例v类型与用途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：来源：Aircraft Engine Design,1987 (2nd Edition,2002)设计要求示例设计要求示例v任务剖面任务剖面1414个任务段个任务段2020个任务段！个任务段！设计要求示例设计要求示例v任务剖面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=304.80m、最小失速速度=53.34m/s、机场海拔高度=609.60m、跑道摩阻系数=0.052水平加速所在高度=609.60m、起始速度=0.18Ma、终止速度=0.70Ma、水平加速允许时间=30.42s、军用推力状态3加速爬升起始高度=609.60m、终止高度=13106.4m、起始速度=0.70Ma、终止速度=0.90Ma、军用推力状态4巡航巡航高度=13106.4m、巡航速度=0.90Ma、巡航距离=277.8km5下降起始高度=13106.4m、终止高度=9144.0m6巡逻待机待机高度=9144.0m、待机速度=0.68Ma、待机时间=0.33h设计要求示例设计要求示例v任务剖面任务剖面7水平加速所在高度=9144.0m、起始速度=0.68Ma、终止速度=1.50Ma、水平加速允许时间=50s、最大推力状态8巡航巡航高度=9144.0m、巡航速度=1.5Ma、巡航距离=185.2km9格斗盘旋盘旋高度=9144.0m、盘旋速度=1.6Ma、盘旋圈数=110格斗盘旋盘旋高度=9144.0m、盘旋速度=0.9Ma、盘旋圈数=211水平加速所在高度=9144.0m、起始速度=0.8Ma、终止速度=1.60Ma、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=295.74kg（2枚AMRAAM导弹）13投放有效载荷投放的有效载荷的重量=298.0kg（2枚AIM-9L导弹和1/2的炮弹）设计要求示例设计要求示例v任务剖面任务剖面14巡航巡航高度=9144.0m、巡航速度=1.5Ma、巡航距离=46.3km15减速爬升起始高度=9144.0m、终止高度=13106.4m、起始速度=1.5Ma、终止速度=0.9Ma、军用推力状态16巡航巡航高度=13106.4m、巡航速度=0.9Ma、巡航距离=277.8km17下降起始高度=13106.4m、终止高度=3048.0m18巡逻待机待机高度=3048.0m、待机速度=0.3Ma、待机时间=0.33h19下降起始高度=3048.0m、终止高度=1000.0m20着陆进场高度=1000.0m、着陆接地速度=70m/s、着陆滑跑距离=304.8m、机场海拔高度=609.6m、跑道摩阻系数=0.4设计要求示例设计要求示例v性能要求性能要求 起飞距离1500 ft 着陆距离1500 ft 最大速度2.0Ma/40k ft 超音速巡航要求1.5Ma/30k ft 加速性能0.8-1.6Ma/30k ftt50 s 持续盘旋过载n5 at 0.9/30k ftn5 at 1.6Ma/30k ft设计要求示例设计要求示例v有效载荷有效载荷飞行员飞行员 1名名武器武器AMRAAM 2 326 lb/AMRAAM 2 326 lb/枚枚AIM-9L 2 191 lb/AIM-9L 2 191 lb/枚枚25mm25mm机炮机炮 1 270 lb 1 270 lb 炮弹炮弹 500 500 550 lb550 lb 设计大作业题目设计大作业题目v可选题目可选题目A喷气式民用旅客机喷气式民用旅客机 A1.参考机型参考机型 Boeing 737-700 设计大作业题目设计大作业题目vA2.任务剖面：任务剖面：vA3.有效载荷：有效载荷：乘客数乘客数:120人人机组数目：机组数目：6人人每人重每人重90kg （含行李）（含行李）(P.17)设计大作业题目设计大作业题目vA4.飞行性能要求（参考数据）：飞行性能要求（参考数据）：巡航速度巡航速度 Ma=0.75巡航高度巡航高度 11000m航程航程 5000 km待机时间待机时间 45min起飞着陆距离起飞着陆距离 1600 m接地速度接地速度 220km/h 设计大作业题目设计大作业题目v可选题目可选题目B先进轻型战斗机先进轻型战斗机 B1.参考机型参考机型 F-35A 设计大作业题目设计大作业题目vB2.任务剖面：任务剖面：vB3.有效载荷：有效载荷：飞行员：飞行员：1人人 100kg (P.16)中距空对空导弹中距空对空导弹 2近距空对空导弹近距空对空导弹 2机炮机炮 设计大作业题目设计大作业题目vB4.参考性能数据与设计过程参考性能数据与设计过程 DR-3轻型超音速巡航战斗机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设计大作业报告内容与要求序号序号内内 容容要求说明要求说明建议建议完成时间完成时间1 1 拟定飞机的设计要求拟定飞机的设计要求 收集参考机型的数据，结合给定的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基本要求，补充完善其它设计要求第第1 1周周2 2 方案构思与对比方案构思与对比提出两种以上的飞机方案构思，提出两种以上的飞机方案构思，画出画出设计草图；对比优缺点，选定一种设计草图；对比优缺点，选定一种第第1 1周周3 3 主要总体设计参数的计主要总体设计参数的计算算 给出详细的步骤说明飞机给出详细的步骤说明飞机各主要设计各主要设计参数参数的的计算过程计算过程第第2 2周周4 4 机翼外形参数的设计机翼外形参数的设计 说明说明机翼外形参数是如何确定的，含机翼外形参数是如何确定的，含襟翼和副翼的外形襟翼和副翼的外形第第2 2周周5 5 尾翼外形参数的设计尾翼外形参数的设计 说明说明尾翼外形参数是如何确定的尾翼外形参数是如何确定的第第2 2周周 设计大作业报告内容与要求设计大作业报告内容与要求 6 6机身设计机身设计 详细说明详细说明机身设计的过程和理由机身设计的过程和理由（给出若干站位处的剖面示意图）（给出若干站位处的剖面示意图）第第2 2周周7 7 发动机及其他主要装载发动机及其他主要装载的布置的布置确定发动机和武器等装载的位置确定发动机和武器等装载的位置第第3 3周周8 8 起落架布置起落架布置 除除位置参数位置参数外，还需确定轮胎尺寸外，还需确定轮胎尺寸第第3 3周周9 9 绘制飞机三面图绘制飞机三面图 对设计草图进行细化，形成三面图（用对设计草图进行细化，形成三面图（用CatiaCatia、AutoCADAutoCAD等等CADCAD软件绘制）软件绘制）第第3 3周周1010 三维建模三维建模 用用CatiaCatia建立三维模型建立三维模型第第4 4周周 设计大作业报告内容与要求设计大作业报告内容与要求Boeing757Airbus310利用利用catia完成的完成的部分概念方案部分概念方案 设计大作业报告内容与要求设计大作业报告内容与要求1111 重量计算与重量计算与 重心定位重心定位 列出列出所有计算公式所有计算公式和计算过程和计算过程第第4 4周周1212气动特性估算气动特性估算 列出所有计算公式和数据表格列出所有计算公式和数据表格第第4 4周周1313飞行性能飞行性能估算估算 列出所有计算公式和计算过程列出所有计算公式和计算过程第第4 4周周1414 完成设计报告完成设计报告 报告中应编有目录报告中应编有目录、章节、总结和分工说明、章节、总结和分工说明（A4A4幅面、正文小四宋体、幅面、正文小四宋体、1.51.5倍行距）倍行距）第第5 5周周1515 汇报设计工作汇报设计工作 每组有每组有1010分钟的汇报时间，应做好幻灯片，分钟的汇报时间，应做好幻灯片，进行讲演进行讲演第第5 5周周 设计大作业分组要求设计大作业分组要求题目名称题目名称组别组别 人员人员总计总计68人（人（8组每组组每组8-9人）人）设计大作业注意事项设计大作业注意事项v第第1周周周周4确定各组成员与组长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）（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设计大作业注意事项v人员分工参考：人员分工参考：组长（协调、整理报告、汇报等）组长（协调、整理报告、汇报等）1方案确定方案确定 所有成员所有成员绘图、绘图、CAD 2参数选择参数选择（部件设计）（部件设计）3-4重量估算重量估算 1气动估算气动估算 1飞行性能估算飞行性能估算 1 设计大作业评分标准设计大作业评分标准v1）完整性）完整性v2）正确性）正确性v3）可行性）可行性v4）清晰性）清晰性v5）汇报）汇报v6）各成员表现）各成员表现设计大作业设计大作业NOTICE来源:Boeing Whether we like it or not,we are all in this together.设计大作业设计大作业NOTICEv Design is a challengev Design is importantv Design can be funsource:W.H.Mason Department of AOE Virginia Tech.复复 习习 题题1.飞机的设计要求有哪些基本内容？飞机的设计要求有哪些基本内容？复复 习习 题题习题上交方式：习题上交方式：作业用作业用A4幅面的幅面的Word文档，发送电子版到文档，发送电子版到 按设计小组交，即每组的作业合并在同一个按设计小组交，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由组长指派人员发送，邮件名称注明组号和作业次数作业次数每四次课交一次作业每四次课交一次作业 谢 谢！