飞机气动及飞行性能计算------ 课程设计报告专业：飞行器设计与工程班号：01011203学号：2023300048姓名：李少逸2023.364目 录第一章 预备知识11.1 翼型的几何特性11.2 机翼的几何特性21.3 机身的几何特性3第二章 飞机的根本情况和本文计算方案52.1 飞机根本情况简介52.2 本文计算方案10第三章 飞机气动特性估算113.1 升力特性估算113.1.1 单独机翼升力估算123.1.2 机身升力估算143.1.3 翼身组合体的升力估算163.1.4 尾翼升力估算183.1.5 合升力线斜率计算213.2 升阻极曲线的估算233.2.1 亚音速零升阻力估算233.2.1.1 全机摩擦阻力估算243.2.1.2 亚音速压差阻力估算263.2.2 超音速零升波阻估算283.2.2.1 临界马赫数确实定283.2.2.2 M>1时零升阻力系数303.2.3 亚音速升致阻力估算353.2.4 超音速升致阻力估算363.2.5 不同马赫数下的升阻极曲线383.3 结果汇总43第四章 飞机根本飞行性能计算444.1 速度-高度范围444.2 定常上升性能494.3 爬升方式554.3.1 亚音速等表速爬升554.3.2 超音速等马赫数爬升584.3.3 平飞加速段的求解方法594.3.4 总用时60第五章 自主编写的Matlab代码615.1 RBF径向基函数插值方法实现615.2 气动计算及性能计算63第六章 心得体会64第一章 预备知识1.1 翼型的几何特性参见上图：中弧线 翼型内切圆中心的轨迹，在最前部内切圆〔即决定前缘半径的圆〕中 心之前，那么是由该内切圆中心至切点的半径线段前缘 翼型中弧线的最前点后缘 翼型中弧线的最后点弦线 连接前缘与后缘的直线弦长b(m) 前缘与后缘之间的直线线段长度厚度c(m) 翼型最大内切圆的直径相对厚度最大厚度位置(m) 翼型最大内切圆的中心在翼型弦线上的投影至翼型前缘 的距离最大厚度相对位置弯度f(m) 中弧线与弦线之间垂直于弦线的最大线段长度相对弯度最大弯度位置(m) 中弧线与弦线之间垂直于弦线的最大线段至翼型前缘的 距离最大弯度相对位置前缘半径(m) 翼型最前部内切圆的半径上弧线 从前缘到后缘，翼型的上部轮廓曲线，以y1=f1(x)表示下弧线 从前缘到后缘，翼型的下部轮廓曲线，以y2=f2(x)表示后缘角 在后缘处上弧线和下弧线的二切线之间的角度1.2 机翼的几何特性参见上图：飞机基准纵轴 可以取机身纵轴 机翼基准平面 包含机翼中央弦线或外露翼根弦线与飞机对称平面垂直的平面外露机翼 不包括穿越机身局部的机翼毛机翼 包括穿越机身局部的机翼〔穿越机身局部通常由左右机翼的前后 缘的延长线所构成，如下图〕机翼面积S(m2) 毛机翼在机翼基准平面上的投影面积机翼展长(翼展)(m) 左右翼梢之间的距离外露机翼面积(m2) 外漏机翼在机翼基准平面上的投影面积毛机翼根弦长b0(m) 毛机翼的根部弦长翼梢弦长b1(m) 机翼的梢部弦长机翼局部弦长b(z) 机翼展向翼剖面的弦长，是展向位置z的函数机翼平均几何弦长机翼平均气动弦长机翼展弦比机翼根梢比机翼后掠角 至前缘的距离为弦长一定百分比的点的连线与垂直于中央 弦线的平面之间的夹角。
前缘后掠角、1/4弦线后掠角、后 缘后掠角分别以、、表示机翼上反角 机翼1/4弦点线在垂直于中央弦线的平面上的投影与机翼 基准平面之间的角度，当翼梢高于翼根时角度为正机翼安装角 机翼中央弦线与飞机基准纵轴之间的角度，假设以飞机基准纵 轴为参考线，中央弦线的前缘点高于后缘点时角度为正机翼剖面扭转角 机翼任意剖面的弦线与机翼基准平面之间的角度假设相 对于机翼基准平面，前缘点高于后缘点那么角度为正1.3 机身的几何特性参见上图：机身最大横截面积机身当量最大直径机身长度 机身的前端面和后端面之间的距离机身长径比头部〔前体〕长度 机身的柱形局部以前的长度头部〔前体〕长径比尾部〔后体〕长度 机身的柱形局部以后的长度尾部〔后体〕长径比第二章 飞机的根本情况和本文计算方案2.1 飞机根本情况简介F-4“鬼怪II〞(Phantom II)是美国麦克唐纳公司(后合并为麦克唐纳·道格拉斯公司，现已并入波音)为美国海军研制的双座舰载战斗轰炸机，后来美国空军也大量采购，成为美国空海军60～70年代的通用主力战斗机，是美国第二代战斗机的典型代表，参加过越南战争和中东战争，也曾经是美国空军的“雷鸟〞飞行表演队的表演用机。
1956年开始设计，1958年5月原型机试飞，1961年10月开始交付海军使用，1963年11月进入空军服役F-4不但空战能力好，对地攻击能力也很强，是60年代以来美国生产数量最多的战斗机上图为越战时一架携带炸弹的F-4EF-4其型别众多，其主要型别有：A型，舰队防空型，生产49架；B型，海军全天候型，共生产696架；RF-4B，B型的侦察型，生产46架；C型，空军战术型，共生产583架；RF-C，侦察型，共生产493架；D型，空军的战斗轰炸型，共生产825架；E型，空军制空型，共生产846架；F-4EJ，日本仿制型，共生产109架；RF-4E，西德等国使用的侦察型，共生产102架；F型，西德定购的单座型，共生产175架；J型，海军舰队防空型，共生产518架；K、M型，英国海军和空军的使用型，共生产174架；S型，J型的改良型；G型，空军的反雷达攻击型至1981年停产为止，美国共生产了5195架各种型号的F-4飞机使用国家包括美国、英国、日本、西德、伊朗、希腊、埃及、西班牙、以色列以及韩国等F-4B飞机采用大后掠角小展弦比的机翼、其外侧可折叠局部有12度上反角，全动水平尾翼下反角为23度。
F-4B装有两台J-79-GE-8型涡喷发动机飞机上没有机炮，机腹部悬挂有4枚半埋式的麻雀IIIA型中距空空导弹，需要时，可在机翼上增挂2到4枚响尾蛇导弹此外，他还有多种外挂方案以执行不同的任务F-4B飞机装有AN/APQ-72雷达火控系统，其搜索距离为36～96公里，跟踪距离为10～40公里以下是F-4B飞机的局部原始数据：表2-1 飞机的重量数据方 案载荷情况重量〔公斤〕空 重12670全 机19040正常载荷4枚麻雀III19740超 载4枚麻雀III＋2枚响尾蛇19890表2-2 飞机的载油数据油箱最大储油量〔公斤〕可用燃油量〔公斤〕机身油箱42604183机翼油箱19681943飞机根本油量62286126机翼下副油箱2´11482´1141机身下副油箱18571851全机最大总油量1037910259表2-3 飞机的几何数据全机参数机长17.75米翼展11.7米机高4.95米机翼参数全翼面积49.24米2外露翼面积 35.21米2翼展 11.7米前缘后掠角 52°1/4弦线处后掠角45°上反角〔外翼局部〕12°上反角〔内翼局部〕0°安装角0°展弦比 2.79梯形比〔根梢比〕 5.48平均相对厚度 5.1%平均气动弦长5.02米副翼面积2´1.32米2副翼偏度向上0°向下30°最大厚度线处后掠角41°29’水平尾翼全面积8.31米2外露面积6.60米2翼展5.00米前缘后掠角42.5°下反角23°最大厚度线处后掠角33°55’安装角0°展弦比2.93外露翼梯形比4.46相对厚度3.62%平均气动弦长1.711米平尾偏角范围向上14.5°向下20°尾臂〔1/2bA处至飞机重心〕7.19～7.63米尾容量0.192垂直尾翼面积5.52米2翼展1.75米前缘后掠角65.5°展弦比0.51梯形比4.1平均气动弦长3.44相对厚度3.61%尾臂〔1/2bA处至飞机重心〕6.74～7.18米尾容量0.151方向舵面积1.28米2方向舵偏角范围左右28°最大厚度线处后掠角52°47’机身全长17.75米最大当量直径2.13米最大截面积3.57米2进气口面积2´0.405米2头部长4.9米头部长细比2.93柱段长8.50米柱段长细比3.94尾段长4.35米尾段长细比2.04长细比8.34减速板面积2´1.04米2尾段收缩比0表2-4 J-79-GE-8最大状态可用推力表〔单台〕MPH0.20.40.60.81.01.21.40km3700359036003680382039805km23102310241025602700291031608km16401760190021002300252010km152017001890208011km1360155017101900表2-5 J-79-GE-8全加力状态可用推力表〔单台〕MPH0.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.40km65007000770086509800107505km41504500520059506750755082008km2900330037504450525061006800720010km300036004250505059506550700011km265032003800455055006250675069006950注：1).11km以上的推力数据可按公式进行计算， 2).表4和表5中推力P的单位为公斤(kg)。
2.2 本文计算方案为高效实现该飞机气动及飞行性能计算，本文采用Matlab软件进行编程，对数据批量处理首先根据第二章的飞机原始数据建立飞机根本参数数据库，进而通过程序实现所需参数的计算对于涉及查图得到参数的内容时，采用适宜的插值方法〔如径向基函数〕，完成图中曲线拟合并求取未知点坐标。