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1、 飞机总体设计课程设计飞机总体设计课程设计 鹪鹩号鹪鹩号 4 座轻型通用航空飞机座轻型通用航空飞机 南京航空航天大学南京航空航天大学 学 院 航空宇航学院 专 业 飞行器设计与工程 班 级 0112105 学 号 011210531 姓 名 苏 祺 指导教师 王宇 罗东明 时 间 2015 12 25 2016 1 15 南京航空航天大学 2 目录 前言前言 5 一 设计要求一 设计要求 5 二 总体布局初步设计二 总体布局初步设计 5 2 1 现有飞机数据 5 2 2 布局选择 6 2 3 最终布局确定 6 2 4 三维草图 6 三 飞机全机重量的计算三 飞机全机重量的计算 7 3 1 燃油
2、系数的计算 7 3 2 飞机任务油重计算 8 3 3 飞机空重的迭代计算 8 四 其它总体参数确定四 其它总体参数确定 10 五 发动机选择与短舱设计五 发动机选择与短舱设计 11 5 1 发动机选择 11 5 2 短舱设计 12 六 机翼设计六 机翼设计 13 6 1 现有参数 13 6 2 升力系数计算和翼型选择 13 6 3 机翼其它参数确定与计算 14 6 4 副翼参数 14 6 5 机翼图 15 七 尾翼设计七 尾翼设计 16 7 1 平尾参数 16 7 2 尾翼翼型选择 17 7 3 尾翼图 18 八 垂尾设计八 垂尾设计 18 8 1 垂尾参数 18 8 2 垂尾翼型选择 20
3、8 3 垂尾翼型图 20 南京航空航天大学 3 九 起落架设计九 起落架设计 20 十 螺旋桨设计十 螺旋桨设计 24 十一 机身设计十一 机身设计 25 11 1 客舱布置 25 11 2 机身外形尺寸 25 11 3 机身视图 26 十二 重量估算与指标分配十二 重量估算与指标分配 26 12 1 机身重量估算 26 12 2 机翼重量计算 27 12 3 尾翼重量计 27 12 3 1 水平尾翼 27 12 3 2 垂直尾翼 28 12 4 发动机短舱重量 28 12 5 起落架重量 28 12 6 动力装置 29 12 7 固定设备重量 29 12 7 1 飞机操纵系统重量 29 12
4、 7 2 液压 气压系统重量 29 12 7 3 仪表和通信导航设备重量 29 12 7 4 电气系统重量 30 12 7 5 环控和防冰除冰系统重量 30 12 7 6 氧气系统重量 30 12 7 7 使用项目 30 十三 飞机重心计算十三 飞机重心计算 31 13 1 机翼重心 31 13 2 尾翼重心计算 32 13 2 1 平尾重心计算 33 13 2 2 垂尾重心计算 33 13 3 机身重心计算 34 13 4 起落架重心计算 34 13 5 动力装置重心计算 34 13 6 固定设备重心计算 34 13 7 燃油重心计算 35 13 8 有效载荷和使用项目重心计算 35 南京航
5、空航天大学 4 十四 十四 气动特性分析气动特性分析 36 14 1 升力系数计算 36 14 2 阻力计算 43 十五 性能分析十五 性能分析 55 15 1 商载 航程性能 55 十六 总结十六 总结 58 十七 参考文献十七 参考文献 59 南京航空航天大学 5 前言前言 近年来 随着国内低空空域改革不断深化 并在国家出台多项鼓 励民用航空尤其是通用航空产业发展的政策带动下 中国掀起了通用 航空发展热潮 多地方积极规划建设通用航空产业基地 发展中小型 通用飞机 我国拥有巨大的通航消费市场潜力 这一点是毋庸置疑的 通用 航空是我国的战略性新兴产业 其中以通航整机制造为主要发展方向 小型通用
6、飞机具备率先发展的优势 结合上下游产业联动 它的发展 不仅可创造大量就业机会 还可以增加政府税收 专家指出 在中国 经济快速发展的推动下 小型通用飞机产业未来必将取得快速发展 在这样的时代背景下 企业应充分抓住机遇 加快新产品研发和新业 务拓展 以小飞机制造为基础 在中国通用航空产业发展中占领先机 一 一 设计要求设计要求 类型类型 4 座轻型通用航空飞机座轻型通用航空飞机 飞行员重 80kg 行李 20kg 有效载荷 3 人 每人 75kg 每人行李重 15kg 飞行性能指标 巡航速度 290 km h 最大巡航速度 300 km h 巡航高度 3000 m 音速 1183km h 密度 0
7、 7787kg 2 实用升限 5700 m 航 程 大于 1900 km 起飞距离 290 m 着陆距离 190 m 接地速度 小于 150 km h 爬升率 8 m s 二二 总体布局初步设计总体布局初步设计 2 12 1 现有飞机数据现有飞机数据 南京航空航天大学 6 飞机型号 尾翼 机翼 发动机 起落架 小鹰 500 轻型 多用途飞机 水平尾翼位 于机身 下单翼 1 台 拉进 式 前三点 收于机 身 西锐 SR 20型 飞机 水平尾翼位 于机身 下单翼 1 台 拉进 式 前三点 收于机 身 塞 斯 纳 172R 型飞机 水平尾翼位 于机身 上单翼 1 台 拉进 式 前三点 不可收 钻石D
8、A40D型 飞机 T 型尾翼 下单翼 1 台 拉进 式 前三点 不可收 Vulcanair P68C 型飞机 水平尾翼位 于机身 上单翼 2 台 翼吊 式 前三点 不可收 别 103 水上飞 机 高置平尾 下单翼 2 台 拉进 式 前三点 收于机 身 2 22 2 布局选择布局选择 常规布局 常规布局 技术成熟 所积累的经验和资料丰富 设计容易成功 但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 T 型尾翼 型尾翼 避开发动机喷流不利干扰 尾翼结构疲劳小 尾翼振动 小 但重量较重 下单翼 下单翼 气动干扰经整流后可明显降低 结构布置容易 避免由于 机翼离地太高而出现的问题 直机翼
9、直机翼 升力线斜率大 低速时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 前三点式起落架 前三点式起落架 具有起飞着陆时滑跑的稳定性 可缩短滑跑距离 缺点是前轮可能出现前轮 摆振 现象 采用双发动机 采用双发动机 提升飞机的安全性 合理布置可以提升巡航速度 但增加了飞机耗油量和重量 采用翼吊方式采用翼吊方式 技术成熟 所积累的经验和资料丰富 设计容易成 功 但不利于机翼卸载 噪音比较大 2 32 3 最终最终布局布局确定确定 常规布局 直机翼 下单翼 T 型平尾 前三点式 翼吊双发 2 42 4 三维草图三维草图 南京航空航天大学 7 三 三 飞机全机重量的计算飞机全机重量
10、的计算 3 13 1 燃油系数的计算燃油系数的计算 飞行任务剖面图飞行任务剖面图 南京航空航天大学 8 1 暖机 Engine Start and Warmup 992 0 To1 WW 2 滑跑 Taxi out 996 0 12 WW 3 起飞 Take off 996 0 23 WW 4 爬升 Climb 9 9 0 0 34 WW 5 巡航 Cruise 8 6 3 0 45 WW 6 待机 Descent 994 0 56 WW 7 下降 Landing and Taxi in 990 0 67 WW 8 着陆 滑行和关机 Reserve Fuel 9 9 2 0 78 WW 以上数
11、据来自南航大的 飞机总体设计 表5 1 及西工大出版的 现代飞 机总体综合设计 任务燃油系数 1 1 7 1 0 82075 3 23 2 飞机任务油重计算飞机任务油重计算 设预估起飞重量 1700 任务使用燃油重 1 304 7 余油计算 按 45min 48L h 计算 48 0 8 45 60 28 8 任务燃油重量 304 7 28 8 335 7 3 33 3 飞机空重飞机空重的的迭代计算迭代计算 飞机装载重量 3 位乘客 每人 75kg 行李 15kg 每人 南京航空航天大学 9 3 75 15 270 机组人员重量 飞行员一人 含装备重 80kg 行李重 20 kg 80 20
12、100 1 计算空重计算空重 lg lgW 按同类飞机的统计数据 其中 A B 是线性回归常数 查南航大的 飞机总体设 计 表 5 3 得 A 0 113 B 1 0403 代入上式解得 992 4 2 飞机运行空重飞机运行空重的试探值的试探值 1700 335 7 270 1096 5 3 空重空重 1096 5 100 996 5 4 误差误差 996 5 992 4 992 4 0 4112 继续迭代 5 取起飞重量取起飞重量 1695 0 重复 1 5 过程 迭代过程 起飞重量迭代计算 用到的系数用到的系数 系数 A 0 113 飞行员重量和行李重 kg 100 余油重量 kg 系数
13、B 1 0403 飞机装载重量 kg 270 28 8 起飞重量起飞重量 kgkg 计算空重计算空重 kgkg 试探空重试探空重 kgkg 空重空重 kgkg 误差误差 任务油重任务油重 kgkg 1700 00000 992 39053 1096 47082 996 47082 0 4112 304 72918 1695 02857 989 60068 1092 39053 992 39053 0 2819 303 83804 1691 62941 987 69297 1089 60068 989 60068 0 1931 303 22873 1689 30505 986 38838 108
14、7 69297 987 69297 0 1323 302 81208 1687 71554 985 49620 1086 38838 986 38838 0 0905 302 52716 1686 62851 984 88604 1085 49620 985 49620 0 0620 302 33231 1685 88509 984 46874 1084 88604 984 88604 0 0424 302 19905 1685 37665 984 18334 1084 46874 984 46874 0 0290 302 10791 1685 02892 983 98815 1084 183
15、34 984 18334 0 0198 302 04558 南京航空航天大学 10 1684 79109 983 85465 1083 98815 983 98815 0 0136 302 00295 1684 62843 983 76334 1083 85465 983 85465 0 0093 301 97379 1684 51719 983 70089 1083 76334 983 76334 0 0063 301 95385 1684 44110 983 65818 1083 70089 983 70089 0 0043 301 94021 1684 38906 983 62897 1
16、083 65818 983 65818 0 0030 301 93088 1684 35347 983 60899 1083 62897 983 62897 0 0020 301 92450 1684 32913 983 59532 1083 60899 983 60899 0 0014 301 92014 1684 31248 983 58598 1083 59532 983 59532 0 0010 301 91715 1684 30109 983 57959 1083 58598 983 58598 0 0006 301 91511 1684 29330 983 57521 1083 57959 983 57959 0 0004 301 91372 1684 28797 983 57222 1083 57521 983 57521 0 0003 301 91276 1684 28433 983 57018 1083 57222 983 57222 0 0002 301 91211 1684 28184 983 56878 1083 57018 983 57018 0 0001 3
