飞行器总体设计ppt课件一

飞行器总体设计飞行器总体设计第第1章章 绪绪 论论 1.1 飞机研制的一般过程 1.2 飞机设计要求 1.3 喷气式战斗机的发展 1.4 喷气干线运输机的发展 1.5 支线飞机、通用航空 1.6 无人飞行器 1.7 飞机总体设计的特点 1.8 飞机总体设计框架第1章 绪 论1.1 飞机研制的一般过程飞机研制的一般过程 1995年，总参谋部、国防科工委（现总装备部）等发布了常规武器装备研制程序，按其规定，新飞机的研制分成五个阶段：(1)论证阶段、(2)方案阶段、(3)工程研制阶段、(4)设计定型阶段、(5)生产定型阶段。1.1 飞机研制的一般过程1.1.1 论证阶段论证阶段 任务：任务：研究新飞机设计的可行性，包括技术可行性和经济可行性。主要工作内容主要工作内容：拟定新飞机的战术技术要求，新飞机的总体技术方案及研制经费、保障条件和对研制周期的预测，最后形成某型飞机研制总要求或某型飞机战术技术要求。1.1.1 论证阶段 在这一阶段为了验证技术方案的可行性，必要时还要对所用的关键新技术进行试验验证（如气动布局方案的风洞实验），以使方案的可行性论证有坚实的技术基础。在这一阶段为了验证技术方案的可行性，必要时还要对所用1.1.2 方案阶段方案阶段 任务任务：根据批准的某型飞机战术技术要求设计出可行的飞机总体技术方案。主要工作内容主要工作内容：确定飞机布局形式、总体设计参数 选定动力装置、主要系统方案及主要设备 机体主要结构材料和工艺分离面等1.1.2 方案阶段 形成飞机的总体布置图、三面图、结构受力系统图 进行重心定位、性能、操稳计算，结构强度和刚度计算 提出对各分系统的技术要求 最终要制造出全尺寸的样机或绘制电子样机，进行人机接口、主要设备和通路布置的协调检查以及使用维护检查。形成飞机的总体布置图、三面图、结构受力系统图 样机在经过使用部门，特别是经空、地勤人员审查通过后，可以冻结新飞机的总体技术方案，开始转入工程研制。在方案阶段必须作方案验证性的风洞试验、结构和系统原理试验，使所有验证计算都建立在可靠的技术基础上。在确定总体技术方案的同时，也要对技术方案在经济和进度上做进一步分析和确定。对飞机而言，此阶段即为飞机总体设计阶段飞机总体设计阶段。样机在经过使用部门，特别是经空、地勤人员审查通过后，1.1.3 工程研制阶段工程研制阶段 任务任务：根据方案阶段确定的飞机总体技术方案，进行飞机的详细设计、试制、地面试验、试飞准备等。主要工作内容主要工作内容：设计人员进行部件和零构件详细设计；工艺人员制定飞机制造工艺总方案，并对详细设计的零、部件图纸进行工艺性审查。1.1.3 工程研制阶段 各分系统的设计要陆续提交设计部门进行分系统的验证，对液压、燃油、飞控、空调、电源、航空电子等分系统做全系统的地面模拟试验。在详细设计时可能还会对总体技术方案的细节做一些修改和调整，因此应根据更改后的方案，做全机模型的风洞校核试验，为试飞提供准确的气动力数据，然后作有飞行员参加的地面模拟器的飞行模拟试验。各分系统的设计要陆续提交设计部门进行分系统的验证，对液压 飞机部件及整机要做静力试验，以验证飞机的强度；起落架还要做动力试验。飞机总装完成以后在试飞前，要做全机地面共振试验，以确定飞机的颤振特性；还要做各系统及其综合的机上地面试验以及全机电磁兼容性等机上地面试验，为放飞前做最后的验证。飞机部件及整机要做静力试验，以验证飞机的强度；起落架 飞机在工程研制阶段，即应拟定考核其能否满足原定战术技术要求的试飞大纲，并且应尽早培训空、地勤人员。最好在方案设计阶段就让他们参与进来，以熟悉新飞机的设计思想和特性，便于正确使用和处理新飞机在试飞中可能出现的问题；同时还应在该飞机的地面飞行模拟台进行重要飞行状态的飞行模拟试验，提前发现飞行品质问题和熟悉飞机的操纵性、稳定性和使用特点。飞机在工程研制阶段，即应拟定考核其能否满足原定战术技 在放飞前还应进行充分的地面滑行试验，以进一步验证在动态过程中机上各系统的工作情况，同时进一步对试飞测试系统作一定的检验。工程研制阶段的最终成果是试制出供地面和飞行试验用的原型机410架，并制定试飞大纲和准备好空、地勤人员使用原型机所需的技术文件，具有进行试飞所必需的外场保障设备。在放飞前还应进行充分的地面滑行试验，以进一步验证在动1.1.4 设计定型阶段设计定型阶段 新飞机首飞成功后即应按试飞大纲要求，进行定型试飞。在开始定型试飞前应由研制单位负责，进行调整试飞（工厂试飞），以排除新飞机的一些初始性的重大故障，大致要飞到原设计飞行范围的80%左右，再开始正式的国家鉴定试飞，以检查新飞机能否达到设计要求。1.1.4 设计定型阶段 参与鉴定试飞用的原型机可按不同分工完成各自的试飞任务，以完成定型试飞大纲规定的所有任务。在作调整试飞过程中，新飞机肯定会出现各种故障，必要时应对飞机作局部的修改。在定型试飞过程中还会有故障，当然比调整试飞中出现的要少的多，而且更改大多是机内系统，涉及飞机外形的改动极少。参与鉴定试飞用的原型机可按不同分工完成各自的试飞任务 定型试飞通常需要上千个起落。试飞科目全部完成后，由试飞鉴定部门和飞行员写出正式报告，上报国家航空产品定型委员会批准后，方可进入小批量生产。一般情况下，到了设计定型阶段，飞机作大的更改是不允许的。定型试飞通常需要上千个起落。试飞科目全部完成后，由试1.1.5 生产定型阶段生产定型阶段 经过设计定型后，新飞机可能还会有一定的更改，特别是工艺性的改进。改进后的飞机即进入小批量生产。首批生产的飞机也应经鉴定试飞，主要检查工艺质量，通过后即可进入成批生产。1.1.5 生产定型阶段 批生产的飞机，在大量使用中还会出现新的问题，积累到一定程度，可再作一次改进。改进飞机的设计属于另一循环。当今作战飞机往往有2030年/40006000飞行小时的寿命，运输机有2030年/4000060000飞行小时的寿命。在其整个寿命期内，机上设备和发动机的更换是必然的，这往往称为寿命中期改进。批生产的飞机，在大量使用中还会出现新的问题，积累到一1.2 飞机设计要求飞机设计要求 飞机设计要求的分类：战术技术要求军机 使用技术要求民机 飞机设计要求的提出：由用户提出（军机）由设计/研制单位提出 由用户和设计单位共同提出 由用户提出的要求，设计/研制单位要进行分析/论证战术技术要求分析/论证。1.2 飞机设计要求 飞机设计要求通常没有固定的格式，其基本内容应包括以下几个方面：(1)飞机的类型和基本任务 (2)飞机的有效载荷 (3)飞机的飞行性能指标 (4)其他方面的要求：电子对抗、隐身、使用维护性、使用周期、研制进度/经费、使用经济性，。有时这些要求可能会起到决定性的作用。下面简单讨论飞机设计要求中的战术技术要求。飞机设计要求通常没有固定的格式，其基本内容应包括以下1.2.1 战术技术要求及其论证战术技术要求及其论证 军用飞机的研制是一个大型、复杂的系统工程，需要多个工业部门密切协作。战术技术要求是军用飞机型号研制的重要技术文件，其既是型号研制的依据，又是该型号国家定型验收的依据。1.2.1 战术技术要求及其论证 使用部门（军方）根据武器发展规划，负责战术技术要求的提出与论证。军方设有专职机构从事战术技术要求的研究工作。提出战术技术要求的依据通常有四个方面：(1)对未来战斗的设想和本国的战略战术思想；(2)空军在未来战争中的任务和战术使用原则；(3)部队的使用经验和失败教训；(4)技术上实现的可能性。使用部门（军方）根据武器发展规划，负责战术技术要求的 新机的战术技术要求，包括的主要内容是：(1)新机的使用及作战对象；(2)性能指标和作战使用方案；(3)主要配套设备及其要求；(4)使用维护及可靠性要求；(5)部队使用、训练模拟器材和地面专用设备的要求；新机的战术技术要求，包括的主要内容是：(6)研制周期的要求；(7)装备寿命的要求；(8)装备数量的要求；(9)其它特殊要求。(6)研制周期的要求；在论证阶段，工业部门应协同使用部门，同时开展新机的技术、经济可行性论证工作，其主要内容包括：(1)根据技术储备情况，选择具体技术途径，论证实现战术技术要求的可能性；(2)进行气动布局和动力装置的选型；(3)进行各系统技术论证，提出飞机配套方案设想；在论证阶段，工业部门应协同使用部门，同时开展新机的技 (4)提出为满足战术技术要求的关键技术和关键新成品、新材料、新工艺等项目；(5)估计研制周期和进行研制进度安排；(6)测算研制费用、装备费用、单机成本和售价；(7)通过各种方案的性能、关键技术、进度和经费等的综合分析，选出较佳的方案，协同使用部门提出战术技术要求和技术经济可行性论证报告。(4)提出为满足战术技术要求的关键技术和关键新成 战术技术要求论证必须着眼于全局，对国内外技术、经济水平的现状与发展、军用飞机的装备与发展、敌我作战环境等多方面进行充分研究和分析，是一个精密筹划、精心运筹的过程。正确处理好现实与未来、应用与开拓的关系，对军机的研制与发展具有十分重要的意义。在设计新机时，战术技术要求的论证和确定，直接影响着新机的前途和使用效能。战术技术要求论证必须着眼于全局，对国内外技术、经济水 新机的战术技术要求不仅取决于本国的战略战术思想和技术发展，也受敌方战略战术的影响。制定战术技术要求的基本问题是如何正确处理需要与可能的关系，即新机的战术技术要求既要满足适用性、先进性和系统性的要求，又要符合合理性、现实性和经济性的要求。新机的战术技术要求不仅取决于本国的战略战术思想和技术1.2.2 战术技术要求的内容战术技术要求的内容 战术技术要求的具体内容为：(一)使用要求 (1)使用任务：包括作战、训练、值班等；(2)作战环境：可能的敌方空中力量，可能的敌方地面、海上武装；(3)使用方式：对空、对地的攻击与防御以及训练；1.2.2 战术技术要求的内容 (4)使用环境：我方的机种配备与协同；可能使用的场站环境及条件；后勤保证条件及要求；维护与检修条件和要求等。(二)作战效能要求 (1)武器装备要求 (2)机载电子设备及电子对抗要求 (3)使用条件要求：空-空、空-海、空-地作战剖面及航程、外挂要求，训练飞行要求等；(4)使用环境：我方的机种配备与协同；可能使用 (4)使用限制条件要求：飞行包线限制条件；机动性、操稳特性限制要求；寿命要求；强度、刚度、重量要求；可靠性、维修性、出勤率要求；地面配套设备及零备件要求；单价及使用寿命的费用要求等。(4)使用限制条件要求：飞行包线限制条件；机动性 (三)主要性能指标要求 基本状态飞机起飞重量，最大使用表速、M数，实用升限，最大上升率，规定高度、速度范围内的加速时间，最大稳定和瞬时盘旋率，过失速机动能力，最大使用过载，基本及最大航程，起飞速度及滑跑距离，着陆速度及滑跑距离，最大外挂重量等。(三)主要性能指标要求 (四)研制的主要地面试验 (1)结构静强度、动强度、疲劳试验 (2)新研制飞机的主要系统试验：如飞行模拟、系统、电网、燃油、生命保障、新成品等 (3)电子、火控系统试验 (4)材料、工艺技术研究与试验 (四)研制的主要地面试验 (五)飞行试验 (1)主要试飞验证项目 (2)定型试飞项目及要求 (3)试飞进度及架数 (六)研制中的标准和规范 (七)研制进度、考核点及经费 (八)战效比及费效比概算分析 (五)飞行试验1.3 喷气式战斗机的发展喷气式战斗机的发展1.3.1 战斗机的发展和作战思想的演变战斗机的发展和作战思想的演变 一战 初期：交战双方都试图以盘旋来进入有利的攻击位置；后期：“谁有高度优势谁就能控制战斗”成为至理名言。1.3 喷气式战斗机的发展 二战 战斗机的盘旋角速度下降，垂直机动空战显得更为有利，因此飞机的速度性能比机动性能更受到重视；单机空战的四要素：高度、速度、机动、火力；飞机编队作战的规模相当大。战后喷气式发动机用于战斗机，发展出了第一代喷气式战斗机。二战 战斗机的盘旋角速度下降，垂直机动空战显得更为 朝鲜战争 技术上的飞速进步并没有对战斗机的空战产生根本性的影响，战术虽有发展但仍保留了二战后期的基本特点，只是对飞行员的要求提高了；空战的明显变化是作战高度提高了。朝鲜战争结束后，有关专家对空战理论和战斗机的发展形成以下观点：朝鲜战争 技术上的飞速进步并没有对战斗机的空战产生 认为飞机的最大速度是决定空中优势的主要因素，为了使飞机具有高速性能，可以牺牲爬升性能和盘旋性能等；主张研制多用途战斗机，飞机要兼有空战和对地攻击能力，实质上是倾向于研制战斗轰炸机；忽视航炮的作用，认为既然有了空-空导弹，航炮在空战中已经无法发挥作用了；认为飞机的最大速度是决定空中优势的主要因素，为了 有人主张废弃编队空战，截击机的战术是利用速度优势追赶目标，并用空-空导弹歼灭目标，不需要进行高过载机动，并力求一次攻击结束战斗；不重视飞行员在空战中的作用，认为飞行员不需要学会正确判断空战情况，而是由地面指挥所来替他们下决心。这些观点左右了第2代战斗机的设计。有人主张废弃编队空战，截击机的战术是利用速度优势 越战及其他局部战争 第2代战斗机在这些局部战争中经受了考验，证明他们并不能满足实战要求：高空大速度并不是决定空战胜负的最重要指标，空战的高度/速度范围不是扩大了，而是缩小了；大部分空战仍是双方在目视的近距离范围进行的，而且航炮在空战中也发挥了重要的作用；大多数战斗机还是编队空战。越战及其他局部战争 第2代战斗机在这些局部战争中经 根据越战等的经验，研制了第3代战斗机：强调格斗空战能力和全天候作战能力；十分重视飞机在亚跨音速范围内的机动；机载电子设备和武器系统的性能水平有突破性的提高。实践证明，第3代战斗机的设计是比较成功的。根据越战等的经验，研制了第3代战斗机：第四代战斗机是在第三代战斗机的基础上，进一步提出可靠性、维修性、作战效能等更高的要求。第四代战斗机是在第三代战斗机的基础上，进一步提出可1.3.2 喷气式战斗机的分代及主要特征喷气式战斗机的分代及主要特征 第第一一代代：20世纪40年代末50年代初开始服役，最大飞行速度M0.61.3；采用后掠机翼；装涡轮喷气发动机；装航炮和空空火箭，后期型挂装第一代空空导弹；装光学-机电式瞄准具；后期型装第一代雷达。典型型号：F-86、F-100，米格-15、米格-19。1.3.2 喷气式战斗机的分代及主要特征 第第二二代代：20世纪50年代末60年代初开始服役，最大飞行速度M22.5；采用小展弦比薄机翼、三角翼或变后掠机翼；飞机的推重比提高；挂装第二代空空导弹和航炮；装第二代雷达，有的飞机装具有拦射能力的火控系统。典型型号：F-4、F-104(G/J)，米格-21、米格-23，“幻影”。第二代：20世纪50年代末60年代初开始服役，最大飞 第第三三代代：20世纪70年代中期以后服役，最大飞行速度M2左右；突出中低空、亚跨音速机动性，先进的气动布局，翼载荷低、推重比高；装挂中距或近距格斗型空空导弹、速射航炮；装全向、全高度、全天候火控系统和第三代雷达。典型型号：F-15、F-16、F-14、F/A-18，米格-29、苏-27(发展历程)，“幻影”2000。第三代：20世纪70年代中期以后服役，最大飞行速度M 第第四四代代：21世纪初开始服役，最大飞行速度M2左右；突出隐身能力、超音速巡航能力、高机动性和高敏捷性、短距起降能力等；采用先进的低阻隐身气动外形，结构材料上大量采用非金属复合材料，采用先进的动力装置，装备先进的电子设备和机载武器。典型型号：F-22、F-35、T-50。第四代：21世纪初开始服役，最大飞行速度M2左右；突 第六代战斗机第六代战斗机/未来战斗机？未来战斗机？第六代战斗机/未来战斗机？联合作战指挥中心信息对抗指挥中心海面中心平台地面中心平台空中中心平台空间中心平台海上部队地面部队飞机空间飞行器海上信息对抗系统地面信息对抗系统空中信息对抗系统空间信息对抗系统信息网络 未来战争将由“武器平台中心战”向“网络中心战”转变，使作战飞机由原来的单独作战或支援平台，转变为整体作战体系中的一个节点。联合作战指挥中心信息对抗指挥中心海面中心平台地面中心平台空中 据美国空军参谋长迈克尔莫斯利上将透漏：美国空军已经开始考虑下一代战机将会具备哪些特征。一种可能是新新式式隐隐形形无无人人驾驾驶驶战战斗斗机机；也可能是一种有有人人驾驾驶驶飞飞行行器器，以以特特殊殊层层压压材材料料制制造造，以以提提高高隐身性能隐身性能。简氏防务周刊，2007-10-31 据美国空军参谋长迈克尔莫斯利上将透漏：美国空军已经 华盛顿邮报2009年4月13报道 据美国空军秘书Michael B.Donley以及美国空军部长Gen.Norton A.Schwartz透漏，在接下来的几年内，美国空军将对未来空中优势战斗机应具备的能力进行研究。他们认为新一代战斗机应该具备：极端隐身性能 可变形能力 华盛顿邮报2009年4月13报道 据美国空军秘 从亚音速到高超音速范围内都能有效飞行 智能蒙皮 高度的网络化感知能力 极强的传感器系统 可以有人驾驶 定向能武器 从亚音速到高超音速范围内都能有效飞行 美国海军时报网站2010-05-10报道，海军继续推进无人战机的漫长采购过程，以在2018年前实现“有限的舰队作战使用”。在海军联谊会5月初的一次展会上，展示了未来无人战机的概念图。海军许多将领谈到要在2025年前让这些飞机开始服役。波音公司展示了F/A-XX“第六代战斗机”的图片，包括双座和无人两种机型 美国海军时报网站2010-05-10报道，海军继 未来战斗机可能的发展方向：未来战斗机可能的发展方向：无人战斗机（UCAV）大过载与高机动性 极端隐身性和电子对抗能力 高度的智能化水平和自动化程度 未来战斗机可能的发展方向：未来战斗机可能的发展方向：未来战斗机可能的发展方向：变体飞机 自适应的外形改变能力 极端隐身性和电子对抗能力 高精度的复杂控制系统 未来战斗机可能的发展方向：HCVHCV1.4 喷气干线运输机的发展喷气干线运输机的发展 干线运输机一般指客座数大于100、满载航程大于3000km以上的大型客货运输机。满客航程大于60007000km的称为中/远程干线运输机，常用于国际航线上。满客航程在5000km以下的称为中/近程干线运输机，主要用于国内大城市之间的航线，常被称为国内干线飞机。1.4 喷气干线运输机的发展1.4.1 干线运输机的发展干线运输机的发展 第一代干线运输机第一代干线运输机 20世纪50年代开始投入航线运营，以波音707、DC-8、图-104为代表。主要技术特点是采用涡轮喷气发动机作动力装置和使用带后掠角的机翼代替以往的活塞式发动机和直机翼，提高了飞机的巡航速度和客运量，使航运公司的运营效率大为提高。1.4.1 干线运输机的发展波音波音707彗星彗星图图104波音707彗星图104 第二代干线运输机第二代干线运输机 20世纪60年代开始投入航线使用，以波音727、波音737、DC-9、“三叉戟”、图-154等为代表。主要技术特点是装低涵道比涡轮风扇式喷气发动机，降低了油耗、提高了中近程运营的经济性，其不同座位数的家族系列型号覆盖了从100座至180座的各个档次，满足了国内中近程航线的客货运输的需求。第二代干线运输机波音波音727DC9三叉戟三叉戟图图154波音727DC9三叉戟图154 第三代干线运输机第三代干线运输机 20世纪70年代开始投入使用，以波音747、DC-10、L-1011、空客A300B、伊尔-86等为代表的宽机身飞机。主要特点是采用高涵道比大推力涡扇发动机和双过道客舱的宽体机身；载客量为300500人。通过降低耗油量、加大载客量降低了直接使用成本（DOC），主要用于中远程国际航线和客流密集的国内航线，缓解了客运拥挤问题。第三代干线运输机波音波音747DC-10A300L-1011波音747DC-10A300L-1011 第四代干线运输机第四代干线运输机 20世纪80年代开始投入航线运营，以波音757、波音767、空客A310、图-204等为代表200座级的客货运输机；也包括A320、波音737-300/-400/-500、MD-81、-82、-83、-87、-88等机型。它们的开始研制时间多数是70年代，当时正是“石油危机”时期，油价飞涨。干线飞机的燃料费用从原先的占飞机直接使用成本（DOC）的20%猛增到占50%。第四代干线运输机 这一代飞机除了采用改进的高涵道比涡扇发动机使油耗改善5%以上以外，还通过采用超临界翼型、减小机翼后掠角、加大机翼展弦比、增大机翼相对厚度等措施来改善飞机的巡航气动效率，并采用新的铝合金材料以减轻结构重量。这些措施有效地降低了飞机的直接使用成本，提高了运营效率。这一代飞机除了采用改进的高涵道比涡扇发动机使油耗改善 在20世纪80年代，为了替代第二代干线运输机（波音727、波音737-100/-200、DC-9等），波音和麦道利用新技术分别推出波音737-300、-400、-500和MD-81、-82、-83、-87、-88等机型；空客则研制出在民机上首次采用电传操纵等一系列新技术的A320参加这一市场的竞争。这批80年代出现的150座级的新干线飞机具有前述第四代干线运输机的技术特点，同样属于第四代干线运输机的范畴。在20世纪80年代，为了替代第二代干线运输机（波音7波音波音757波音波音767图图204空客空客A310波音757波音767图204空客A310波音波音737MD-82A320波音737MD-82A320 第五代干线运输机第五代干线运输机 20世纪90年代投入航线使用，以波音777、空客A330/A340及图-96为代表。采用宽体机身增加载客量，客舱布局宽敞舒适；机翼进一步加大展弦比或加装翼梢小翼来提高巡航效率；动力装置采用推力大、耗油率低、停车率低、排气污染少、噪音低的先进高涵道比（79）涡扇发动机；第五代干线运输机 在机体结构上广泛采用轻型结构材料，加大复合材料用量（波音777的复合材料用量占总结构重量的10%，远高于过去的3%）以较大幅度地减轻结构重量；驾驶舱仍采用双人制驾驶舱，使用电传操纵系统对所有操纵面进行操纵，用先进液晶平板显示器代替阴极射线管显示器，所有主要的飞行、导航及发动机信息数据都显示在6块大型屏幕上，大大减轻了飞行员的工作负担。在机体结构上广泛采用轻型结构材料，加大复合材料用量（A330A340波音波音777A330A340波音777 民用运输机发展历程的插曲民用运输机发展历程的插曲协和协和图图144 民用运输机发展历程的插曲协和图144 新一代干线运输机新一代干线运输机A380波音波音787A350 更加安静 60%以上结构采用复合材料 更远的航程 采用双椭圆形机身，更加宽敞 新一代干线运输机A380波音787A350 更加 未来民航机的发展方向未来民航机的发展方向 更轻：采用更多复合材料 更快：采用新技术的超音速/高超音速民航机 更大：采用BWB布局的超大民航机波音波音-麦道麦道BWB方案方案 未来民航机的发展方向波音-麦道BWB方案第二代超音速客机方案TCA（美国）高超音速运输机X-30想象图（美国）第二代超音速客机方案TCA（美国）高超音速运输机1.4.2 干线运输机技术的进步干线运输机技术的进步 现代喷气式干线运输机投入航线使用以来，虽然在飞行速度上没有很大提高（最大巡航速度一般为900km/h以下的高亚音速或亚音速），粗看起来外形变化也不大（一般都是大展弦比小后掠角梯形机翼、圆形或椭圆形机身，翼吊或尾部安装的发动机短舱）。但取得的技术进步是很大的。1.4.2 干线运输机技术的进步 气动外形方面气动外形方面 发展了翼吊和尾吊两种发动机短舱布局；研制出带双缝或三缝后缘襟翼及前缘缝翼的大展弦比细长机翼；机翼翼型由第一代飞机的层流平顶翼型，发展到第二、三代飞机的尖峰翼型和修型尖峰翼型，再到第四、五代飞机的超临界翼型和高效亚音速翼型等。气动外形方面 结构设计方面结构设计方面 主要是通过改进结构设计和充分挖掘材料潜力来达到减轻结构重量的目的。据论证，干线飞机结构重量每减轻10%，飞机可节油0.4%，可使直接使用成本下降0.2%（按1983年油价计算）。为此干线飞机结构设计准则不断改进和提高：结构设计方面 第一代飞机应用静强度和刚度设计准则；第二代飞机采用安全寿命设计准则；第三代飞机采用破损安全设计准则；第四代飞机采用结构损伤容限设计准则。干线运输机结构设计准则的进步不但有效地降低了飞机的结构重量，而且大大延长了飞机的结构寿命，第二代飞机的使用寿命一般为30000飞行小时，到第四代飞机则一般达到60000飞行小时。第一代飞机应用静强度和刚度设计准则；结构材料方面结构材料方面 通过不断采用优质金属材料和加大非金属复合材料的用量而不断减少结构重量。例如：波音767上因采用优质金属材料和先进复合材料分别使结构减重363kg和450kg；波音777因在平尾和垂尾上采用先进的复合材料可减轻重量680kg。结构材料方面 动力装置方面动力装置方面 不断采用先进发动机来降低油耗、提高飞机性能、减少使用维护时间、降低噪音、减少环境污染，降低运营成本。第二代干线运输机采用的低涵道比涡扇发动机的巡航耗油率比第一代飞机所采用的涡喷发动机下降了30%左右，首翻期提高到约3000飞行小时，是后者的3倍；动力装置方面 第三代干线运输机所采用的高涵道比涡扇发动机巡航耗油率比上一代下降20%以上，首翻期提高到40006000飞行小时；第四代干线运输机所采用的改进的高涵道比涡扇发动机巡航耗油率比上一代降低50%，采用单元体结构的高涵道涡扇发动机的首翻期可提高到800010000飞行小时；第三代干线运输机所采用的高涵道比涡扇发动机巡航耗油率 第五代干线运输机所采用的先进高涵道涡扇发动机，是涡扇发动机的第三代，其各项性能指标比第二代涡扇发动机（即高涵道比涡扇发动机）又高一筹。发动机是干线运输机划“代”的重要标志。第五代干线运输机所采用的先进高涵道涡扇发动机，是涡扇 机载航电设备和驾驶舱布局方面机载航电设备和驾驶舱布局方面 第一、二代飞机的航电设备大部分是模拟式的，综合化程度低，系统重量大；驾驶舱仪表板布局以机电仪表为主，仪表数量多，驾驶员负担重，多采用5人驾驶体制；第三代飞机航电设备开始采用总线技术，数字化、综合化程度提高，系统的体积比上一代小，重量轻，维护性和可靠性提高，仪表板以电子显示为主体，辅以机电仪表，多采用3人驾驶制；机载航电设备和驾驶舱布局方面 多数第四代干线飞机的航电设备信号传输采用总线技术，实现了综合化、数字化，驾驶舱设计达到了先进水平，仪表板采用电子屏幕综合显示，驾驶员工作负担大为减轻，使用双人驾驶制；第五代干线飞机的航电系统将在第四代干线飞机的基础上加以改进，主要是引入电传操纵系统，并用液晶平板显示代替驾驶舱的阴极射像管显示。多数第四代干线飞机的航电设备信号传输采用总线技术，实波音波音707波音波音727波音波音747A380波音707波音727波音747A3801.5 支支线飞机、通用航空机、通用航空1.5.1 支线飞机支线飞机 支 线 飞 机 一 般 指 客 座 数 3090、巡 航 速 度500km/h左右、航程1800km以上的运输类飞机，主要用于国内中小城市之间的航空运输。1.5 支线飞机、通用航空 第第一一代代支支线线飞飞机机 1980年以前投入使用，多为中小型涡轮螺旋桨式飞机。DC-3（美国）DHC-7（加拿大）An-24（前苏联）第一代支线飞机 1980年以前投入使用，多为中小型 第第二二代代支支线线飞飞机机 1980年代开始投入使用，多由第一代发展而来，少数是新设计。主要机型：英国肖特360、BAe ATP；加拿大DHC-8；荷兰福克-50；瑞典SAAB 340；法意合作ATR 42；西班牙/印尼合作CN-235；巴西EMB-120；中国Y-7、Y-12等。第二代支线飞机 1980年代开始投入使用，多由第一EMB-120CN-235BAe-ATPSAAB 340Y-7EMB-120CN-235BAe-ATPSAAB 340Y-第第三三代代支支线线飞飞机机 1990年后投入使用，大部分是在第二代基础上改型而成。主 要 机 型：加 拿 大 DASH8Q-300/400；瑞 典SAAB 2000；美国Do.328；巴西ERJ-145；德国道尼尔728；英国BAe.146等。第三代支线飞机 1990年后投入使用，大部分是在第ATR.72（法意合作）Do.328146CRJ100ATR.72Do.328146CRJ100SAAB 2000DASH8Q-400ERJ-145SAAB 2000DASH8Q-400ERJ-145中国研制的支线飞机新舟60 ARJ21，2008年11月28日首飞运7-100运11运12IV中国研制的支线飞机新舟60 ARJ21，2008年11月281.5.2 通用航空通用航空 通用航空，是指除军事、警务、海关缉私飞行和公共航空运输飞行以外的航空活动。通用航空包括从事工业、农业、林业、渔业、矿业、建筑业的作业飞行和医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、遥感测绘、教育训练、文化体育、旅游观光等方面的飞行活动。1.5.2 通用航空 通用航空飞机的主要特点：几何尺寸较小，机长和翼展一般不超过20m 起飞质量较轻，最大起飞质量一般不超过15000kg 机组人员与乘客较少，通常不超过12人 用途广泛，服务面涉及工农业生产的各个领域、公务联络、抢险救灾、观光旅游、体育活动和科学研究等 数量多，全世界通用飞机总数已超过320000架，约占世界民机总数的90左右 通用航空飞机的主要特点：通用航空飞机主要包括：公公务务飞飞机机 又称行政机，是企事业单位、政府部门或个人用于业务出差旅行的飞机 农业飞机农业飞机 主要为农业、林业服务 工业飞机工业飞机 主要为工业生产服务 娱娱乐乐/旅旅游游飞飞机机 这类飞机价格便宜，体形轻小，为私人拥有，约占通用飞机的半壁江山 体体育育运运动动飞飞机机 包括体育运动用飞机、动力滑翔伞和超轻型飞机等 通用航空飞机主要包括：公务飞机典型机型Beech Beech 20002000（美国）（美国）Falcon2000Falcon2000（法国）（法国）超空中国王超空中国王200 200（美国）（美国）BL-901环球快车(加拿大)湾流湾流IV-SP IV-SP（美国）（美国）公务飞机公务飞机Falcon2000Falcon2000（法国）（法国）Beech Beech 20002000（美国）（美国）Falcon2000Falcon2000（法国）（法国）湾流湾流IV-SP IV-SP（美国）（美国）Beech Beech 20002000（美国）（美国）Falcon2000Falcon2000（法国）（法国）超空中国王超空中国王200 200（美国）（美国）湾流湾流IV-SP IV-SP（美国）（美国）Beech Beech 20002000（美国）（美国）Falcon2000Falcon2000（法国）（法国）Cessna奖状（美国）超空中国王200（美国）湾流IV-SP（美国）Beech 2000（美国）Falcon2000（法国）CL-604 挑战者(加拿大)公务飞机典型机型Beech 2000（美国）Falcon20滑翔伞滑翔伞旅游飞行旅游飞行 农业飞机农业飞机工业飞机工业飞机农业飞机农业飞机滑翔伞滑翔伞农业飞机农业飞机滑翔伞滑翔伞农业飞机农业飞机滑翔伞滑翔伞农业飞机农业飞机体育运动飞机 旅游飞行 其他飞机其他飞机滑翔伞农业飞机工业飞机滑翔伞旅游飞行 农业飞机工业飞机农业飞机滑翔伞农业飞机滑翔伞 通用航空主要产业链 上游产业 装备制造业、通信导航、租赁保险、中间产业 飞行培训、机场设施、气象服务、航油、下游产业 飞机维修、航材租赁、通用航空主要产业链 中国通用航空的需求：数据 美国：通用航空飞机 30万架 通用航空机场 1.9万个 通航飞行员 63万人 中国：通用航空飞机 1500架 通用航空机场$4000，发展通用航空的时机就成熟（珠三角人均GDP$20000)。中国通用航空的需求：由一对美国喜欢通航飞行的夫妇发起，2012年世界飞行者大会（Air Venture）在小镇Oshkosh召开，有1万架通航飞机和4万人参加。要在短短的两天之内完成这么大量飞机的起降，对导航、控制等要求非常高，也将这个小镇带动起来。由一对美国喜欢通航飞行的夫妇发起，2012年世界飞行 在低空空域开放（2016年）后，通用航空需要大量的航空器，这将极大地促进我国航空制造能力和水平的提高，进而带动诸如新材料、电子、通信、能源、精密制造等一系列相关高新技术产业的发展。中国民航预测，到2020年，我国需要各类通用航空飞机11.2万架，通用航空有着巨大的发展空间，通用航空及其带动的产业将形成1万亿元人民币以上的市场容量。在低空空域开放（2016年）后，通用航空需要大量1.6 无人无人飞行器行器 美空军新世纪展望：“不久的将来，无人机将有可能成为21世纪空中战场的主导力量”。空军2025评价出未来30年最有影响力的10个系统中有2个是无人机系统。1.6 无人飞行器1.6.1 攻击类无人机攻击类无人机 依靠红外探测系统来寻找目标，机上计算机根据目标图像自动加以识别并将其分类，按预定要求攻击。机上的数据链设备把目标区图像传给地面站，操作人员可以指挥多架无人机分别攻击目标。1.6.1 攻击类无人机 以色列“哈比”无人攻击机以色列“哈比”无人攻击机1.6.2 空战类无人攻击机空战类无人攻击机（UCAV)在发展趋势上，空战无人机与对地攻击型无人机基本相同，更突出强调高智能化，以适应瞬息万变的空战环境。1.6.2 空战类无人攻击机（UCAV)X-45（美）X-47（美）X-45（美）X-47（美）1.6.3 侦察侦察类无人攻击机类无人攻击机 侦察类无人机主要有长程、中程、短程及近程之分。世界上已研制和正在研制的长程无人机在35种以上。高空型飞行高度在18km以上，续航时间不少于24h，其飞行时间远远超过普通无人机；中空型飞行高度在几千米左右，续航时间不少于12h。1.6.3 侦察类无人攻击机美国在研的“探索者”、“百人队长”及其改进型“太阳神”，主要以太阳能为动力，高度在21km以上，“太阳神”的侦察效果要比低轨道卫星高出10100倍。“全球鹰”“百人队长”“全球鹰”“百人队长”中程无人侦察机突出高高度、高速度、兼有超低空飞行能力。中程无人侦察机活动半径一般在7001000km。主要任务是进行大面积可见光、红外、微光、电视摄像侦察，并实时传送数据。中程无人侦察机突出高高度、高速度、兼有超低空飞行能力 短程无人侦察机突出低成本小型、垂直起落和可重复使用的特点，活动半径一般在50km左右。主要用于目标搜索与定位、火力效果评估和师以下的战场监视任务。短程无人侦察机机体本身造价并不高，但携带的侦察设备昂贵。近程无人侦察机活动半径在10km左右，主要为前线指挥员提供近距离的战场情况。短程无人侦察机突出低成本小型、垂直起落和可重复使用的1.6.4 临近空间飞行器临近空间飞行器 临近空间是3080km高度的大气圈。这一区域既不属于航空范畴，也不属于航天范畴，但对于情报收集、侦察监视、通信保障以及对空对地观测等，却极有利用前景。1.6.4 临近空间飞行器 临近空间飞艇应用前景：临近空间飞艇应用前景：早期预警 信息干扰 侦察和战场监控 通讯中继 导航 武器发射平台洛马公司的高空飞艇 临近空间飞艇应用前景：洛马公司的高空飞艇 1.6.5 微型无人飞行器微型无人飞行器 微型飞行器的发展和兴起主要源于对未来战争的需要，以及微电子、微机电技术等高科技技术的发展。美国国防部预研计划局的基本定义：各个方向的最大尺寸不超过15cm，能够以2045km/h的速度飞行，飞行时间20-60min，飞行距离达到10km以上的飞行器。1.6.5 微型无人飞行器 飞行器总体设计ppt课件一Entomopter（“微船微船“）Black Widow（“黑寡妇黑寡妇”）各式各样的微型无人机 加利加利 福尼工学院福尼工学院50 g.1 km rangeTeleoperatedVideo imageryAeroVironment美国环境航空公司美国环境航空公司Stanford Research Institute斯坦福研究所斯坦福研究所50 g.electrostrictive polymer artificial muscleFlapping flight10 g.3 min.Acoustic sensorsMEMS wingsLockheed Sanders洛克希得桑得洛克希得桑得Mentor(“门特门特”）Lutronix洛克尼克洛克尼克MicroSTAR（“微星微星”）100 g.5 km range,30 min.Autonomous Nav.Video imageryKolibri（“克里扑里克里扑里”）320 g.30 min.Hover/translate GPS AutopilotEntomopter（“微船“）Black Widow（“生化探测情报窃取微型无人机的用途侦察巷战生化探测情报窃取微型无人机的用途侦察巷战1.7 飞机总体设计的特点飞机总体设计的特点1.7.1 飞机的高技术性和复杂性飞机的高技术性和复杂性 (1)外形要求严格，气动特性良好 (2)重量轻（为减轻飞机的一克重量而奋斗）(3)可靠性、安全性、维修性、寿命等要求高 (4)多个专业技术和系统组成的复杂工程系统图 1.7 飞机总体设计的特点1.7.2 飞机总体设计工作的特点飞机总体设计工作的特点 (1)创造性与科学性；(2)多解性；(3)反复迭代，逐次（多轮）逼近；(4)综合与协调。1.7.2 飞机总体设计工作的特点1.8 飞机总体设计框架飞机总体设计框架1.8 飞机总体设计框架1.9 飞机总体设计计算的基本思想飞机总体设计计算的基本思想 经验公式经验公式 采用已有飞机的参数或者计算、实验得到的参数，通过线性/非线性曲线拟合或者曲线插值得到拟合函数，即经验公式。半理论半经验公式半理论半经验公式 通过理论分析，求出某个问题的理论公式；遇到难以求解的参数时，采用经验公式法拟合。1.9 飞机总体设计计算的基本思想 经验公式 数值计算方法数值计算方法 通过简化的理论模型进行计算分析，以最少的时间代价获取一定精度的计算结果 数值计算方法谢谢观赏！谢谢观赏！