飞机总体设计课程设计.docx
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飞机总体设计课程设计
南京航空航天大学
飞机总体设计报告
——150座级客机概念设计
011110XXX
XXX
设计要求
一、有效载荷
–二级布置,150座
–每人加行李总重,225lbs
二、飞行性能指标
–巡航速度:
M0.78
–飞行高度:
35000英尺
–航程:
2800(nm)
–备用油规则:
5%任务飞行用油+1,500英尺待机30分钟用油+200海里备降用油。
–起飞场长:
小于2100(m)
–着陆场长:
小于1650(m)
–进场速度:
小于250(km/h)
飞机总体布局
一、尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置
(一)平尾前、后位置与数目的三种形式
1.正常式(Conventional)
优点:
技术成熟,所积累的经验和资料丰富,设计容易成功。
缺点:
机翼的下洗对尾翼的干扰往往不利,布置不当配平阻力比较大
采用情况:
现代民航客机均采用此布局,大部分飞机采用的位移布局形式
2.鸭式(Canard)
优点:
1.全机升力系数较大;2.L/D可能较大;3.不易失速
缺点:
1.为保证飞机纵向稳定性,前翼迎角一般大于机翼迎角;
2.前翼应先失速,否则飞机有可能无法控制
采用情况:
轻型亚音速飞机及军机采用
3.无尾式(Tailless)
优点:
1.结构重量较轻:
无水平尾翼的重量。
2.气动阻力较小——由于采用大后掠的三角翼,超音速的阻力更小
缺点:
1.具有稳定性的无尾飞机进行配平时,襟副翼的升力方向向下,引起升力损失
2.起飞着陆性能不容易保证
采用情况:
少量军机采用
综上所述,采用正常式尾翼布局
(二)水平尾翼高低位置选择
(a)上平尾(b)中平尾(c)下平尾(d)高置平尾(e) “T”平尾
选择平尾高低位置的原则
1.避开机翼尾涡的不利干扰:
将平尾布置在机翼翼弦平面上下不超过5%平均气动力弦长的位置,有可能满足大迎角时纵向稳定性的要求。
2.避开发动机尾喷流的不利干扰
3.有利于结构布置:
平尾安装在机身上对减轻结构重量有利
考虑角度
上平尾
中平尾
下平尾
“T”平尾
高置平尾
结构重量
轻
较轻
轻
重
较重
现代民航飞机多采用上平尾。
综合考虑后,选择上平尾
(三)垂尾的位置和数目
位置
-机身尾部
-机翼上部
数目
单垂尾:
多数飞机采用单垂尾,高速飞机加装背鳍和腹鳍
双垂尾:
1.压力中心的高度显著降低,可以减小由侧力所造成的机身扭矩。
2.可显著地降低其侧向的“雷达散射截面”
无垂尾:
飞翼式布局飞机
综上所述,选择单垂尾,上平尾
二、机翼的平面形状及其在机身上的安装位置
直机翼的特点
优点:
1.升力线斜率大。
2.低速翼剖面的相对厚度比较大,结构布置、强度和刚度以及重量问题易解决。
缺点:
1.速度快时,机翼尾部易失速
2.临界M数小,机翼容易产生激波导致,过早出现波阻
后掠翼的特点
优点:
能有效地提高临界M数,延缓激波的产生,避免过早出现波阻。
缺点:
1.气动方面:
在大后掠角和大梯形比情况下,大迎角时翼尖容易先失速,从而使飞机的稳定性和操纵性变坏。
2.对机翼结构布置及其强度、刚度和重量特性的影响不利。
三角翼的特点
优点:
1.具有小展弦比和大后掠角的特点,其跨音速气动特性良好,气动焦点变化较平稳。
2.根弦较长,在翼型相对厚度相同情况下,可得到较大的结构高度。
3.三角翼的气动、强度、刚度和重量特性均较好。
缺点:
1.升力线斜率较小,飞行速度较小时需较大的迎角,才能提供足够的升力。
2.对于小展弦比大后掠角的三角翼,当迎角较大时,将产生强烈的下洗气流,尾翼布置困难。
后掠翼、三角翼与小展弦比机翼的比较
机翼在机身上的安装位置
因素
上单翼
中单翼
下单翼
干扰阻力
2
1*
3
稳定性
1
2
3
视界
1
2
3
起落架重量
3**
2
1
结构布置
1
3
1
安装吊舱
1
2
3
现代民航客机采用机翼的平面形状及其在机身上的安装位置
飞机型号
载客量
机翼的平面形状及其在机身上的安装位置
737-300
130人
后掠翼,下单翼
737-400
140人
后掠翼,下单翼
737-700
134人
后掠翼,下单翼
737-800
164人
后掠翼,下单翼
737-900
170人
后掠翼,下单翼
747-400
410人
后掠翼,下单翼
757-200
180人
后掠翼,下单翼
767-300
230人
后掠翼,下单翼
777-200
350人
后掠翼,下单翼
777-300
280人
后掠翼,下单翼
A300-600
280人
后掠翼,下单翼
A319
120人
后掠翼,下单翼
A320
150人
后掠翼,下单翼
A321
180人
后掠翼,下单翼
A330-200
240人
后掠翼,下单翼
A330-300
301人
后掠翼,下单翼
A340-300
255人
后掠翼,下单翼
A340-600
322人
后掠翼,下单翼
A380-800
520人
后掠翼,下单翼
对比后选择:
后掠翼,下单翼
三、发动机(进气道)数目和安装位置
发动机数目
-单发:
操纵简单,附加重量轻,成本低,安全性差
-双发(多发):
生存力强
安装位置
-单发:
机身(前、后)
-双发:
(a)机身尾段(b)机翼下部(c)机翼或尾翼根部(d)短舱
翼吊与尾吊布局比较
进气道布局
头部进气道:
1.布置紧凑,机身截面小,进口气流均匀,机炮对进气影响小;
2.机头不能装雷达天线或仅装小的雷达天线。
两侧进气道:
进气道短,内管损失小,机头便于装雷达天线,结构较复杂。
短舱式:
1.进气道短,不占机身内部空间,对内部布置和结构布置无干扰;
2.但要增加额外的阻力。
腹部进气道:
大仰角进气的性能好,有利于提稿飞机的机动性能。
背部进气道:
可利用机身或机翼遮挡进气道,有利于提高隐身性能。
现代民航客机采用的发动机数目、安装位置和进气道形式
飞机型号
载客量
发动机数目
发动机安装位置
进气道形式
737-300
130人
2
翼吊
短舱式
737-400
140人
2
翼吊
短舱式
737-700
134人
2
翼吊
短舱式
737-800
164人
2
翼吊
短舱式
737-900
170人
2
翼吊
短舱式
747-400
410人
4
翼吊
短舱式
757-200
180人
2
翼吊
短舱式
767-300
230人
2
翼吊
短舱式
777-200
350人
2
翼吊
短舱式
777-300
280人
2
翼吊
短舱式
A300-600
280人
2
翼吊
短舱式
A319
120人
2
翼吊
短舱式
A320
150人
2
翼吊
短舱式
A321
180人
2
翼吊
短舱式
A330-200
240人
2
翼吊
短舱式
A330-300
301人
2
翼吊
短舱式
A340-300
255人
4
翼吊
短舱式
A340-600
322人
4
翼吊
短舱式
A380-800
520人
4
翼吊
短舱式
对比后选择,在机翼上吊装两台涡轮风扇发动机
四、起落架的型式和收放位置
后三点
优点:
1.尾轮小而轻,设计简单;
2.可以利用气动阻力提供减速力。
缺点:
1.着陆时操纵困难;
2.起飞和着陆滑跑时不稳定;
3.后三点起落架不能用于喷气式飞机。
前三点
优点:
1.适用于着陆速度较大的飞机,在着陆过程中操纵驾驶比较容易。
2.具有起飞着陆时滑跑的稳定性。
3.飞行员座舱视界的要求较容易满足。
4.可使用较强烈的刹车,缩短滑跑距离。
缺点:
前轮可能出现前轮“摆振”现象
现代民航客机起落架的形式和收放位置
飞机型号
载客量
起落架的型式
和收放位置
后起落架组数
起落架收放位置
起落架放下
737-300
130人
前三点
2
机身舱内
机翼
737-400
140人
前三点
2
机身舱内
机翼
737-700
134人
前三点
2
机身舱内
机翼
737-800
164人
前三点
2
机身舱内
机翼
737-900
170人
前三点
2
机身舱内
机翼
747-400
410人
前三点
4
机翼舱内
机身舱内
机翼及机身
757-200
180人
前三点
2
机身舱内
机翼
767-300
230人
前三点
2
机身舱内
机翼
777-200
350人
前三点
4
机翼舱内
机身舱内
机翼及机身
777-300
280人
前三点
2
机身舱内
机翼
A300-600
280人
前三点
2
机身舱内
机翼
A319
120人
前三点
2
机身舱内
机翼
A320
150人
前三点
2
机身舱内
机翼
A321
180人
前三点
2
机身舱内
机翼
A330-200
240人
前三点
2
机身舱内
机翼
A330-300
301人
前三点
4
机翼舱内
机身舱内
机翼及机身
A340-300
255人
前三点
4
机翼舱内
机身舱内
机翼及机身
A340-600
322人
前三点
4
机翼舱内
机身舱内
机翼及机身
A380-800
520人
前三点
4
机翼舱内
机身舱内
机翼及机身
对比后选择:
前三点式起落架,安装在机翼上,收起放在机身舱
机身外形的初步设计
一、客舱布置
根据客机的设计参数,要求设计一架座数位150的客机,客舱可设计成二级布置的单通道形式:
头等舱12人3排每排2x2人
座椅宽度:
28in
过道宽度:
27in
座椅排距:
36in
经济舱138人23排每排3x3人
座椅宽度:
20in
过道宽度:
19in
座椅排距:
32in
客舱布局大概如下:
二、客舱剖面
形状:
圆形
——表面面积小,有利于减少摩擦阻力;
——对于气密舱,有利于承受内压。
宽度:
每排座椅:
3+3座椅宽度:
20in过道数:
1过道宽度:
19in
高度:
客舱高度149in
——考虑到结构要求,将直径和横截面形状适当放大10in得到149in地板高度:
91in
——根据同类客机的设计,地板高度=客舱高度x61%
内舱剖面形状见下图
三、机身外形尺寸
机身设计的基本要求
•装载要求:
有足够大的内部容积
–民机:
乘客、机组、使用项目、行李、货物、系统安装。
•气动要求:
气动阻力小
•结构要求:
有利于结构布置
–机翼、尾翼安装
–发动机尾吊布局
•适航要求
抗坠毁性
–应急撤离
机身中段设计
当量直径D中的确定:
D中=DWS+2CSW+2Ttp+2Hfw
DWS:
并排座椅最大宽度(139in)
CSW:
扶手与侧壁间距
Ttp:
客舱装饰层厚度
Hfw:
机身框结构高度
参考同类150客机的设计,可得到:
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