多功能飞行器设计与实现(总体设计)解析

论证阶段
分析使用环境 拟定设计要求
方案 概念研究 论证设计要求 可行性
否 决策
是 战术技术要求 及概念性方案
方案阶段
三面图 总体布置 理论图 结构受力系统 全机各分系统 设计要求 发动机及主要 机载设备选定
工程研制 阶段
飞机详细设计 成品配套 飞机试制 地面模拟实验 机上地面实验 空、地勤培训 及试飞准备
展弦比 展弦比越大，翼尖效应（翼尖处下 面高压气流流向上翼面，减小了翼 尖附近的升力）对机翼影响区比例 越小其升力线斜率即升阻比都较大
由于翼尖涡减小了翼尖处的有效迎 角，所以小展弦比机翼的失速迎角 大
❖副翼布置在机翼后 缘两侧的横向操纵面， 其作用是提供足够大 的滚转力矩，保证满 足飞机对横向操纵性 的要求。
模型飞机总体设计
1.什么是飞机设计？
▪ 所谓设计，便是创制某一产品之前的构思和 体现这一构思结果的过程
▪ 工程设计是指设计人员应用自然规律，通过 分析、综合和创造思维将设计要求（系统要 求）转化为一组能完整描述系统的参数（文 档或图纸）的活动过程
1. 什么是飞机设计？
▪ 飞机设计是指设计人员应用气动、结构、动 力、材料、工艺等学科知识通过分析综合和 创造思维，将设计要求转化为一组能完整描 述飞机的参数的过程
立尾
CVT
LVT SVT bwSw
LVT(Lv) -尾力臂 SVT-立尾面积 bw（l） -机翼翼展 Sw-机翼全面积
4.模型飞机总体设计的步骤
▪ (5)模型飞机的稳定性
俯仰稳定系数：Api=
CHT
LHT SHT CwSw
俯仰安定度：mzCy
mz CL
X0 c
Y0 (0.44CL 0
c
/ 57.3)
否 决策
是
全尺寸样机 研制任务书
否 决策
是
原型机
设计定型 阶段
生产定型 阶段
调整试飞 定型试飞
否 决策
是
定型试飞 报告
建立生产线 稳定工艺 批生产飞机 试飞鉴定
否 决策
是 批生产飞机
交付部队
进一步 改进
3. 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
参数选择与 性能优化
细化的参数选择与 性能优化
概念设计流程
初步设计
3.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计出的飞机
重量 重量工程师的梦想
－航模飞机？ 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”？！
布鲁恩＆米勒
P-51 Mustang
K. D. 伍德
F-16 Fighting Falcon
4.模型飞机总体设计的步骤
(1)飞机总体布局型式的选择
飞机部件几何外形特征及装载布置方案 的总称，如机翼、机身、尾翼及发动机、起 落架安装位置、装载布置方案等不同的组合。
F-15D双座战斗机
3.总体设计的特点
▪ 反复循环迭代的过程
设计要求
新概念构思
参数选择与 权衡研究
技术可用性 概念草图
设计要求权衡
初始设计
修正设计
设计要求
设计分析
设计方案
“Design Wheel”
初次估计 的参数选择
初始分析 －气动 －重量 －推进
分析 －气动 －重量 －推进 －操稳性 －结构 －费用 －子系统
－…
尾翼设计的成败，直接关系到飞机的稳定性和操纵 性，同时在一定程度上影响飞机的飞行性能，如速度、 升限等，所以尾翼是根据飞机的操纵 、稳定性要求进行 设计的。
初步选择通常是参照同类飞机的统计资料选择适当的 尾容量
平尾
CHT
LHT SHT CwSw
LHT（Lh）-尾力臂 SHT-平尾面积 Cw（bA）-机翼平均气动弦长 Sw-机翼全面积
副翼的初步参数选取 副翼面积相对机翼面积一般在5%~7%； 副翼相对弦长约为20%~25%； 如采用襟副翼，即后缘 襟翼与副翼合成一块， 其相对展长可达 60%~80%。 一般副翼偏角δa 不超过25º。
副翼选取曲线范围
4.模型飞机总体设计的步骤
(4)尾翼布置及参数选择
尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，是飞机纵向和侧向 上的平衡、稳定及操纵机构。
4.模型飞机总体设计的步骤
▪ 根据配平翼面和机翼之间的相对位置和配平 翼面的多少，通常分为以下几种型式
• 正常式布局：水平尾翼位于机翼之后 • 鸭式布局：水平尾翼位于机翼之前 • 无尾布局：只有一对机翼，但立尾有无不确定 • 三翼面布局：机翼前面有前翼，后面有平尾
4.模型飞机总体设计的步骤
(2)主要参数选择
在总体布置的基础上对飞机的几何外形进行 修形与完善。
对飞机的重量、重心位置进行校核。
▪ 飞机的主要总体设计参数
• 设计起飞重量
W0
• 动力装置海平面静推力 T
• 机翼面积
S
• 组合源自文库数
▪ 推重比 ▪ 翼载荷
T/W0 W0 /S
(kg) (kg) (m2)
(kg/m2)
4.模型飞机总体设计的步骤
(3)机翼参数选择
▪ 翼型选择 ▪ 机翼外形设计 ▪ 机翼的增升装置和副翼
(4)尾翼布置及参数选择
▪ 翼型是构成翼面的重要部分，直接影响到飞 机的性能和飞行品质
▪ 选择翼型时不仅要满足气动要求，还须兼顾 结构、强度及工艺的需要
➢ S ——机翼参考面积 ； ➢ l ——机翼展长； ➢ b0 ——翼根弦长； ➢ b1 ——翼尖弦长 ； ➢ ——机翼展弦比 ； ➢ ——机翼前缘后掠角；
➢ ——根梢比（梯形比）; ➢ c ——翼型相对厚度; ➢ ——扭转角
整架模型飞机的焦点位置：
XF
0.25 0.7
SHT .LHT Sw.Cw
4.模型飞机总体设计的步骤
▪ (6)发动机及起落架安排
主要几何参数： 擦地角γ 防倒立角β 前、主轮距b 停机角Ψ
4.模型飞机总体设计的步骤
▪ (7)飞机内部的布置
对飞机内部各舱段的成品设备及管路、电缆 等的通路进行布置和协调，如接收机，舵机，动 力电池，电调等。
1.什么是飞机设计？
▪ 飞机研制过程 —五个阶段的划分方式
• 论证阶段 —研究设计新飞机的可行性
• 方案阶段 —设计出可行的飞机总体技术方案
• 工程研制阶段 —进行详细设计，提供图纸试制原型机
• 设计定型阶段 —进行定型试飞
• 生产定型阶段 －少量改进，小批量生产
2.什么是飞机总体设计？
▪ 军用飞机的一般研制过程