第一讲-飞行器设计导论

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1、飞行器设计导论气球升空n n风筝风筝n n飞行的生物飞行的生物升力的产生飞行器平台的种类旋翼飞行器 固定翼飞机飞艇航空器轻于空气 的航空器重于空气的 航空器气球飞艇固定翼飞机旋翼飞行器朴翼机飞机滑翔机直升机组合旋翼机固定翼飞机的分类按使用方式分类民用机军用机民航 客机通用 飞机战斗 机轰炸 机运输 机。 。 。民用飞机分类按飞机最大审定起飞重量分类小型和轻型飞机指飞机最大型号合格审定起飞重量为5700kg（12500lb）或以下的飞机，但对通勤类飞机，最大型号合格审定起飞重量可至8620kg（19000lb）。大型飞机指飞机最大型号合格审定起飞重量大于5700kg（12500lb）的飞机；又指

2、座位设置（不包括驾驶员）在19座以上的飞机。按CCAR-23 部适航标准审定的飞机： （1）正常类飞机指座位设置（不包括驾驶员）为9座或以下，最大型号合格审定起飞重量为5700kg或以下，用于非特技 飞行的飞机。非特技飞行包括： a) 正常飞行中遇到的各种机动 b) 失速（不包括尾冲失速） c) 坡度不大于60度的缓8字飞行、急上升转弯和急转弯。 （2）实用类飞机指座位设置（不包括驾驶员）为9座或以下，最大型号合格审定起飞重量为5700kg或以下，用于有限特 技飞行的飞机。有限特技飞行包括： a) 尾旋 b) 坡度大于60度的缓8字飞行、急上升转弯和急转弯。 （3）特技类飞机指座位设置（不包括

3、驾驶员）为9座或以下，最大型号合格审定起飞重量为5700kg或以下，除了由于所 要求 的飞机试验。结果表明是必要的限制以外，在使用中不加限制的飞机。 （4）通勤类飞机指座位设置（不包括驾驶员）为19座或以下，最大型号合格审定起飞重量为8620kg或以下，用于正常类 飞机所述非特技飞行的螺旋桨驱动的多发动机飞机。按CCAR-23 部适航标准审定的飞机：指座位设置及最大型号合格审定起飞重量无限制。按客座数与航程分类对于货机，可分为四类： 轻型货机：载货量小于20吨； 小型货机：载货量小于40吨； 中型货机：载货量小于4085吨； 大型货机：载货量大于85吨；民用飞机研制阶段和程序a) 项目前期论证

4、阶段；b) 技术经济可行性论证阶段c) 总体方案论证阶段d) 型号研制阶段如果按民用飞机的全寿命周期考虑，还应包括生产阶段与营运阶段。波音公司对商用飞机发展独特的程序军用飞机研制流程 论证阶段 方案阶段 工程研制阶段 设计定型阶段 生产定型阶段每个阶段都有各自的依据、主要任务和目标、主要工作内容、质量控 制要点和完成标志。论证阶段依据本阶段的主要依据，是使用部门根据未来战争要求和国务院、中央军委批准的武器装备研制中长期计划 而提出的初步飞机战术技术及使用要求。这些要求主要包括： a) 作战使命、任务、环境和对象； b) 战术技术指标要求及综合后前保障要求； c) 初步装备编制方案、计划装备数量

5、、基地、位置和服役年限； d) 采购经费及使用经费估算； e) 研制进度和交付要求。主要任务和目标 论证阶段的主要任务是进行战术技术指标、总体技术方案论证及研制经费、研制周期、保障条件预测。主要工作内容 a) 战术技术要求论证 b) 技术可行性论证 c) 经济可行性论证飞行器设计阶段划分型式型式选择选择总总体布体布 置方案置方案动动力装置力装置 选择选择全机重量重心全机重量重心计计算和算和 分配分配 总总体参数体参数选择选择与确定与确定设计规设计规 范与定范与定 型型/ /适航适航标标准准选选 取取各部件和分各部件和分 系系统统方案方案设计设计有效性有效性 评评价价技技术术要求可行要求可行 性

6、性/ /符合性符合性论论 证证三面图图 总总体布置图图 重量重心报报告 飞飞行性能计计算报报告 初步外载载荷计计算报报告 部件和系统统初步要求 设计规设计规 范和标标准 经济经济 性分析报报告初步初步设计设计 阶阶段段详细设计详细设计 阶阶段段概念概念设计设计（总总 体体设计设计）总体设计的主要内容1、确定飞行器总体使用技术要求/战术技术要求l任务使命（军用、民用，运输、通用，攻击，侦察，巡逻，反潜等）l主要战术技术指标及使用要求使用环境 （温度、风速，昼间、夜间，平原，高海拔，沙丘等）典型任务剖面基本性能（悬停高度，爬升性能，前飞性能，航程，升限等）武器与火控系统可靠性、维修性指标等基本参数

7、乘员：0名 长度：13.5 m（44 ft 5 in） 翼展：35.4m（116 ft 2 in） 高度：4.6 m（15 ft 2 in） 翼面积：m（ft） 空重：3,850 kg（8,490 lb） 载重：10,400 kg（22,900 lb）2 发动机：1AE3007H涡轮扇叶发动机， 31.4Kn（7,050lbf）性能最高速度：650 km/h （404 mp/h） 航程：36（小时） 实用升限：20,000 m（65,000 ft）美国RQ-4A全球鹰无人机尺寸旋翼直径 10.00米 旋翼桨叶弦长 0.26米涵道尾桨直径 0.75米涵道尾浆桨叶弦长0.06米机长(旋翼旋转) 1

8、1.52米 机身长 9.60米机高(全高) 3 .4米座舱最大宽度 1.50米滑橇问距 2.07米重量和载荷标准空重 960千克 最大使用载重 755千克最大起飞重量1800千克 桨盘载荷 22.9千克力米2性能不可超越速度(VNE) 278千米小时最大巡航速度226千米小时最大爬升率(海半面) 6.6米秒实用升限 5189米悬停升限 有地效2819米无地效2316米 航程(无余油)731千米 续航时间(以120千米小时)4小时10分EC-120B直升机 技术指标设计规范、定型/适航标准规范内容：设计情况、安全系数、过载、重量、重心、飞行载荷、着陆载荷、强度和刚度、动力学特 性、配平特性、操纵

9、性和稳定性、飞行品质、结构试验、飞行试验等 军用飞机、直升机设计定型由国家组织专门的定型委员会进行审查，主要依据是国军标的相关标准GJB 4591-1992 武装直升机通用使用要求 GJB 2777-1996 军用直升机验证要求 GJB 4046-2000(K) 直升机桨叶设计要求 等近二百多个标准 民用飞机、直升机适航审定 正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定CCAR-23部、 运输类飞机适航标准CCAR-25部 正常类旋翼航空器适航规定CCAR-27部、 运输类旋翼航空器适航规定 CCAR-29部飞行器型式选择上翻角 (提高横向稳定性) 驾驶舱发动机位置起落架布局尾翼形式A 正常式B

10、 十字式C T字尾翼D V字尾翼E H型尾翼动力装置选择一般原则发动机性能与直升机性能相匹配功率大、重量轻、体积小、油耗低、寿命长环境适应能力强，具有良好的低温、高原起动能力和飞行能力结构紧凑，便于外场维修可靠性、安全性高，耐久性好总体气动布局方案u主机翼的外形方案各部件与分系统方案u机翼 u操纵系统全机械式、液压助力式、电液伺服式、姿态增稳系统 u传动系统主减方案、离合器方案、安装型式 u机身构架式、薄壁式、整体壁板式 u发动机安装 u。全机重量重心计算重量分类总重：总载荷+空机重量总载荷：燃油+有效载荷有效载荷：任务载荷+成员/装置重心布置总体布置使用重心范围设计重心范围平衡限制疲劳强度限

11、制纵向稳定性限制序号名称GixiGixiyiGiyi1总重2有效载荷3任务载 重4燃油5滑油GiGixiGiyi重量分析方法基于强度计算的分析方法数字建模-强度分析-构建数字样机-确定部件重量基于统计分析的重量分析方法根据使用条件相似的已有直升机的统计资料，利用统计回归方法确定直升机重量复合分析方法子样的收集和选取部件重量公式建立回归方法计算回归系数主要参数分析和选择u 起飞总重有效载荷 ，由使用技术要求确定； 重量效率 ，由统计数据确定。活塞式大约在0.3，涡轮轴式大约在0.4燃油相对重量 ， 在给定航程条件下： ，其中A：活塞式22.75，涡轮轴34.5 给定续航时间条件下： ， 其中B：

12、活塞式0.007，涡轮轴 0.0105设计有效性评价功能有效性准则 重量效率(飞机总载荷与总重之比）生产率（单位时间直升机完成的作业量）米里准则（直升机有效载荷全部换成燃油所能飞行的航程）生产有效性准则 劳动量 材料利用系数 K=零阶重量/毛坯重量使用有效性准则 技术维护工时比 每飞行小时的技术维护量每飞行小时的技术维护量=技术维护总人时数/飞行小时 经济有效性准则 研制成本 单机成本 使用成本国民经济有效性 技术发展远景，技术效果和成产率 新机设计、制造和投入使用的周期 工业生产的可能性，技术和生产工艺发展的远景 新机生产规模和劳动量 新机的通用性与发展前景 结构材料的资源和远景 工业部门人

13、力和物力的合理使用全寿命周期成本 （Life-cycle Cost)飞机总体参数优化总体参数优化数学模型总体参数优化设计的基本要素设计变量（起飞总重G、桨盘载荷p、旋翼桨尖速度R、 旋翼实度、桨叶片数K、发动机功率N）目标函数（重量效率、米里准则、生产率、有效载荷、 航程、航时、军用直升机使用效能等）约束条件（等式约束、不等式约束）飞行器总体设计的最终成果三面图总体布置图重量重心报告飞行性能计算报告初步外载荷计算报告部件和系统初步要求设计规范和标准经济性分析报告飞行器初步设计初步设计阶段,不同领域的专业设计人员都将开始工作。包括机体结构、起落架、控制系统等。一些初期的测试与详细分析工作也将开始

14、，包括气动、动力、强度和操纵稳定性。初步设计阶段一个很重要的工作是“放样”。“放样”是根据理论外形曲面获得内部不同部分结构外形数据的工作。其最终目的是给下面详细设计零部件提供准确的界面数据。飞行器详细设计详细设计阶段是对每一件需要加工的零件以及组装起来的部件进行设计。例如：翼盒在初步设计阶段是被当作一个整体看待的，但到了详细设计阶段，翼盒被分为单独的翼肋、桁条、蒙皮等。详细设计阶段另一项重要的工作是工艺设计，工艺员必须考虑所设计的零件如何去加工，以及这些零件如何组装成部件。概念设计初步设计细节设计各个零部件详细尺寸飞行剖面飞行器机动 飞行盘旋跃升垂直面8字 翻滚飞行器性能 l l 升限升限 能

15、飞多高？能飞多高？ l l 航程航程能飞多远？能飞多远？ l l 续航时间续航时间能飞多久？能飞多久？ l l 最大飞行速度最大飞行速度能飞多快？能飞多快？ l l 任务载重任务载重能装多少东西？能装多少东西？l l 起飞滑跑距离起飞滑跑距离 l l 最大起飞重量最大起飞重量 l l 抗风能力抗风能力 n n升限升限 飞行器保持平飞时，最大的飞行高度飞行器保持平飞时，最大的飞行高度n n航程航程 飞行器不经过空中加油，保留最小燃油储量下，最大飞行飞行器不经过空中加油，保留最小燃油储量下，最大飞行 距离距离n n续航时间续航时间 飞行器不经过空中加油，保留最小燃油储量下，所能持续飞行器不经过空中加油，保留最小燃油储量下，所能持续 飞行的时间飞行的时间n n任务载重任务载重 保证一定性能条件下，能够装载任务载荷的最大重量。保证一定性能条件下，能够装载任务载荷的最大重量。 往往与航程、航时组合起来。往往与航程、航时组合起来。 n n最大飞行速度最大飞行速度 飞行器能够在飞行中达到的最大速度。飞行器能够在飞行中达到的最大速度。n n最小飞行速度最小飞行速度 保持飞机平飞的最小飞行速度。对应飞机最大升力系保持飞机平飞的最小飞行速度。对应飞机最大升力系 数。数。n翼载 飞行