总体设计_思考题&从PPT抄的答案 (2)

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1、1,复 习 题,飞机设计的三个主要阶段是什么？各有些什么主要任务？ 飞机总体设计的重要性和特点主要体现在哪些方面？ Boeing的团队协作戒律有哪些？ 高效的团队和低效的团队各有什么表现？,2,1.2 什么是飞机总体设计？,飞机设计的三阶段划分方式,制造,设计要求,概念设计 （Conceptual Design）,初步设计 （Preliminary Design）,详细设计 （Detail Design）,3,1.2 什么是飞机总体设计？,各阶段的任务概念设计 飞机的布局与构型 主要参数 发动机、装载的布置 三面图 初步估算性能 方案评估 参数选择与权衡研究 方案优化,4,1.2 什么是飞机总

2、体设计？,各阶段的任务初步设计 冻结布局 完善飞机的几何外形设计、完整的三面图和理论外形（三维CAD模型） 详细绘出飞机的总体布置图 机载设备 分系统 载荷和结构承力系统 较精确的计算 （重量重心、气动、性能和操稳等） 模型吹风试验,5,各阶段的任务详细设计 飞机结构的设计和各系统的设计，绘出能够指导生产的图纸 如理论图，运动图，总装配图，构件装配面，零件图，各系统总装配图，零构件图 详细的重量计算和强度计算报告 大量的实验 系统的台架试验 部分主要承力件的静动强度试验 . 准备原型机的生产,1.2 什么是飞机总体设计？,6,1.3 总体设计的重要性,总体设计阶段所占时间相对较短，但需要作出大

3、量的关键决策 设计前期的失误，将造成后期工作的巨大浪费,2000亿美元！,7,1.3 总体设计的重要性,投入的人员和花费相对较少，但却决定了一架飞机大约80%的全寿命周期成本,8,1.4 总体设计的特点,科学性与创造性 应用航空科学技术相关的众多领域（如空气动力学、结构力学、材料学、自动控制、动力技术、隐身技术）的成果 总体设计没有“标准答案”,9,1.4 总体设计的特点,反复循环迭代的过程,参数选择与 权衡研究,设计分析,设计方案,设计要求,“Design Wheel”,10,1.4 总体设计的特点,高度的综合性 综合考虑设计要求的各个方面，进行不同学科专业间的权衡与协调 从孤立专业的角度设

4、计出的飞机,气动力 把机身、发动机、起落架这样 降低气动效率的部件统统去掉！,动力装置 飞机？ “会飞的发动机”？！,重量 重量工程师的梦想 航模飞机？,布鲁恩米勒,11,1.5 设计中的团队协作,Boeing的团队协作戒律 1. 每个成员都为团队的进展与成功负责 2. 参加所有的团队会议并且准时达到 3. 按计划分配任务 4. 倾听并尊重其他成员的观点 5. 对想法进行批评，而不是对人 6. 利用并且期待建设性的反馈意见 7. 建设性地解决争端 8. 永远致力于争取双赢的局面（win-win situations） 9. 集中注意力 避免导致分裂的行为 10. 在你不明白的时候提问 源于Bo

5、eing Commercial Airplane Group Don Evans（Arizona State Univ.）整理改编,12,1.5 设计中的团队协作,高效的团队 1. 氛围非正式、放松的和舒适的 2. 所有的成员都参加讨论 3. 团队的目标能被充分的理解接受 4. 成员们能倾听彼此的意见 5. 存在不同意见，但团队允许它的存在 6. 绝大多数的决定能取得某种共识 7. 批评是经常的、坦诚的和建设性的；不是针对个人的 8. 成员们能自由地表达感受和想法 9. 行动：分配明确，得到接受 10. 领导者并不独裁 11. 集团对行动进行评估并解决问题 来源: Parker, Team P

6、layers and Teamwork,13,1.5 设计中的团队协作,低效的团队 1. 氛围互不关心无聊 或 紧张对抗 2. 少数团队成员居于支配地位 3. 旁观者难以理解团队的目标 4. 团队成员不互相倾听，讨论时各执一词 5. 分歧没有被有效地加以处理 6. 在真正需要关注的事情解决之前就贸然行动 7. 行动：不清晰该做什么？谁来做？ 8. 领导者明显表现出太软弱或太强硬 9. 提出批评的时候令人尴尬，甚至导致对抗 10. 个人感受都隐藏起来了 11. 集团对团队的成绩和进展不进行检查 来源: Parker, Team Players and Teamwork,14,本讲习题,飞机的设计

7、要求有哪些基本内容？ 飞机的主要总体设计参数有哪些？ 画出一级近似法估算起飞重量的流程,15,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？,2.1.1 飞机的设计要求,16,2.1.1 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陆,17,2.1.1 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陆,18,2.1.1 飞机的设计要求,飞机设计要求的基本内容（续） 任务剖面,1

8、9,2.1.1 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,20,2.1.1 飞机的设计要求,飞机设计要求的基本内容（续） 有效载荷（商载，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 隐身性能要求 使用维护要求,21,2.1.1 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 经济性指标 制造成本 直接运营成本（Direct operating costs，DOC） 环保性指标,22

9、,飞机的主要总体设计参数 设计起飞重量 W0 (kg) 动力装置海平面静推力 T (kg) 机翼面积 S (m2) 组合参数 推重比 T/W0 翼载荷 W0 /S (kg/m2),2.2.1 概念构思与概念草图,23,符号与单位说明,2.2.1 概念构思与概念草图,2.2.2 初步参数选择,一级近似法 （First-order design method）!,24,迭代通常只须几次就可以收敛,We /W0 =AW0C K vs,25,本讲习题,简要说明质量屋的组成及各部分的含义 。 针对飞机设计，权衡应用的重要性体现在哪些方面？ 用文字和简图说明绘制毯式图的主要步骤。,28,权衡研究（Trad

10、e Studies） 方案研究中的一个重要环节是与用户一道评审和仔细分析设计要求 通过对要求中的项目进行变化，可以分析出该项目对起飞总重的影响，进而更合理地确定要求的取值 还可以反映出新技术（如采用某种复合材料）对设计的影响,3.1 权衡研究的意义,如果初步设计的飞机方案与竞争者相比效率太低，就很难获得成功；但是，如果没有以后进一步发展的潜力，就会对项目的未来成功构成威胁,29,3.1 权衡研究的意义,30,毯式图另一种重要和常用的表达形式，其方法与参数矩阵曲线方法类似 第一步保持推重比不变，改变翼载（x轴变量），获得总重曲线（y轴变量）,3.3 毯式图,31,第二步推重比更改为另一个值后确定

11、不变，改变翼载（x轴变量），获得总重（y轴变量）。同时需将y轴向左移动一任意距离。,3.3 毯式图,32,第三步将这些间隔有规律的分布在不同推重比曲线上的翼载点连接起来，即得到毯式图。,3.3 毯式图,33,第四步再考虑加速时间、起降距离等限制条件，得到信息更丰富的毯式图。最佳组合同样位于两条限制线的相交点。,3.3 毯式图,34,飞机型式选择的主要内容是什么？ 简述飞机鸭式、无尾式和三翼面布局的特点。 简述飞机外形隐身设计的基本原则。,复 习 题,35,飞机型式选择的主要工作,4.1 飞机型式的含义与内容,36,4.2 飞机配平形式选择,鸭式布局 鸭式布局是飞机最早采用的布局型式，莱特兄弟设

12、计的飞机就是鸭式布局，但是由于鸭翼提供的不稳定的俯仰力矩造成鸭式飞机发展缓慢。 随着主动控制技术的发展，鸭式布局技术日趋成熟，鸭式飞机在中、大迎角飞行时，如果采用近距耦合鸭翼型式，前翼和机翼前缘同时产生脱体涡，两者相互干扰，使涡系更稳定，产生很高的涡升力。 近距与远距鸭翼的更多介绍 方宝瑞，飞机气动布局设计,37,4.2 飞机配平形式选择,鸭式布局的难点是鸭翼位置的选择和大迎角时俯仰力矩上仰的问题。由于鸭翼位于飞机的重心之前，俯仰力矩在大迎角的情况下提供较大的抬头力矩（上仰力矩），不能够稳定的飞行，因此必须提供足够的低头力矩来平衡之 在后机身加边条（X-29） 限制放宽静稳定余度 采用发动机推

13、力矢量技术等,38,4.2 飞机配平形式选择,前翼尖端涡流布置不当，会引起机翼弯矩增加，阻力增大，所以对于客机常常采用将前翼布置在机翼的远前下方，减少前翼对主翼的气动影响。,39,4.2 飞机配平形式选择,无尾布局 无尾布局飞机一般采用大后掠角的三角形机翼，用机翼后缘的襟副翼作为纵向配平的操作面。 无尾飞机配平时，襟副翼的升力方向向下，引起升力损失，同时力臂较短，效率不高。飞机起飞时，需要较大的升力，为此必须将襟副翼向下偏，这样会引起较大的低头力矩，为了配平低头力矩襟副翼又需上偏，造成操纵困难，配平阻力增加。,40,4.2 飞机配平形式选择,因此，无尾式布局的飞机通常采用扭转机翼的办法，保证飞

14、机的零升力矩系数大于零，这样可以有效的降低飞机飞行时的配平阻力。 无尾式布局同正常式布局飞机相比有如下的优点 飞机结构重量轻 隐身特性好 气动阻力较小 超音速阻力更小,41,4.2 飞机配平形式选择,三翼面布局 在正常式布局的基础上增加了水平前翼构成的，它综合了正常式布局和鸭式布局的优点，有望得到更好的气动特性，特别是操纵和配平特性 增加前翼可以使全机气动载荷分布更为合理，减轻机翼上的气动载荷，有效的减轻机翼的结构重量； 前翼和机翼的襟副翼，水平尾翼一起构成飞机的操纵控制面，保证飞机大迎角的情况下有足够的恢复力矩，允许有更大的重心移动的范围； 前翼的脱体涡提供非线性升力，提高全机最大升力。 缺

15、点是由于增加前翼使得飞机的总重有所增加,42,4.2 飞机配平形式选择,三翼面布局,F-15S/MTD验证机,F-15E,43,4.3 隐身对布局设计的影响,外形隐身设计的基本原则 消除能形成角反射器的外形布局。如采用翼身融合消除垂直侧面机身与机翼的角反射器，采用倾斜的双立尾来消除垂直立尾与平尾的角反射器,44,4.3 隐身对布局设计的影响,变后向散射为非后向散射 采用一个部件对另一强散射部件的遮挡措施，如采用背负式进气道，用机身和机翼遮挡进气道,45,4.3 隐身对布局设计的影响,将全机各翼面的棱边都安排在少数几个非重要的照射方向上去（大于正前方40以外），使雷达波反射尖峰叠在一起以减少强尖

16、峰个数,46,4.3 隐身对布局设计的影响,采取措施消除强散射源：对于进气道，采用进气口斜切及将进气道设计成S弯形；武器尽量内埋，取消外挂,47,4.3 隐身对布局设计的影响,结构细节设计，包括铆钉、台阶等的处理，以及将口盖边缘和缝隙等设计成锯齿形状 当某些部件不能采用外形隐身措施时，可以利用吸波材料降低回波强度,B-2专用恒温机库,48,简述方案设计初期选择战斗机和亚音速运输机翼型的基本原则。 飞机机翼的主要平面参数有哪些？ 如何初步确定飞机的后掠角？ 用作图法表示出机翼、鸭翼和平尾平均气动弦的确定方法，并标出机翼的亚音速气动中心位置。 分别说明上单翼和下单翼布置在气动和结构上的特点。 简述在尾翼布置中如何考虑改出尾旋的需要。,复 习 题,49,4.4.1 翼型选择,高速战斗机的方案设计初期 不必花太多的时间去精选合适的翼型，经常是利用已有