大型民用飛機設(shè)計技術(shù)(簡)A

1、大型民用飛機設(shè)計技術(shù)大型民用飛機設(shè)計技術(shù)一、昂海松南京航空航天大學2008年6月目目 錄錄一、大型民用飛機總體設(shè)計技術(shù)一、大型民用飛機總體設(shè)計技術(shù) 1 1、民用飛機總體布局設(shè)計、民用飛機總體布局設(shè)計 2 2、民用飛機氣動設(shè)計技術(shù)、民用飛機氣動設(shè)計技術(shù) 3 3、民用飛機重量設(shè)計與控制、民用飛機重量設(shè)計與控制 4 4、民用飛機的穩(wěn)定性與飛行性能、民用飛機的穩(wěn)定性與飛行性能 5 5、民用飛機的多學科設(shè)計優(yōu)化技術(shù)、民用飛機的多學科設(shè)計優(yōu)化技術(shù) 6 6、民用飛機的降噪技術(shù)、民用飛機的降噪技術(shù)目目 錄錄二、大型民用飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)二、大型民用飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)（1 1）大型民用飛機載荷確定技術(shù)）大型民用飛機

2、載荷確定技術(shù)（2 2）高效結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計技術(shù)）高效結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計技術(shù)（3 3） 先進復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)先進復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)（4 4）長壽命高可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)）長壽命高可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù) 目目 錄錄三、大型民用飛機的動力裝置設(shè)計技術(shù)三、大型民用飛機的動力裝置設(shè)計技術(shù) （1 1） 大型民用飛機發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展大型民用飛機發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展 （2 2） 高涵道渦輪風扇發(fā)動機設(shè)計技術(shù)高涵道渦輪風扇發(fā)動機設(shè)計技術(shù) （3 3） 民用飛機發(fā)動機控制技術(shù)民用飛機發(fā)動機控制技術(shù) 目目 錄錄四、大型民用飛機的系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)四、大型民用飛機的系統(tǒng)設(shè)計技術(shù) （1 1）大型民用飛機起落架設(shè)計技術(shù)）大型民用飛機起落架

3、設(shè)計技術(shù) （2 2） 民用飛機的環(huán)境控制技術(shù)民用飛機的環(huán)境控制技術(shù) （3 3） 民用飛機的增穩(wěn)和自動控制技術(shù)民用飛機的增穩(wěn)和自動控制技術(shù)五、大型民用飛機的適航技術(shù)五、大型民用飛機的適航技術(shù) 1、緒論、緒論大（型）飛機概念大（型）飛機概念1。1什么叫大飛機？什么叫大飛機？ 載重量大、航程遠的飛機載重量大、航程遠的飛機 （起飛總重量超過起飛總重量超過 100噸）噸）對對“客機客機”來說：來說： 中型中型客機客機- 支線客機支線客機100座以下座以下 大型客機大型客機- - 干線客機干線客機150座以上座以上 - 國際航線客機國際航線客機 300座以上座以上 （國際航運體系也有把（國際航運體系也有把

4、300座以上的客機稱作座以上的客機稱作“大型客大型客機機” ） 2007年達到20多億人次 1、大飛機概念、大飛機概念1。1什么叫大飛機？什么叫大飛機？ 載重量大、航程遠的飛機載重量大、航程遠的飛機 （起飛總重量超過起飛總重量超過 100噸）噸）l 重型運輸機（重型運輸機（有的稱：載貨量有的稱：載貨量超過超過85噸）噸）l 戰(zhàn)略轟炸機戰(zhàn)略轟炸機 1 1。2 2 大飛機的類型大飛機的類型1 1、運輸機、運輸機u 客機客機u 貨機貨機u 客貨兩用機客貨兩用機u 軍事運輸機軍事運輸機2 2、轟炸機、轟炸機 戰(zhàn)略轟炸機，重型轟炸機，遠程轟炸機戰(zhàn)略轟炸機，重型轟炸機，遠程轟炸機3 3、預警機、預警機1

5、1。3 3 民用飛機設(shè)計思想民用飛機設(shè)計思想大型民用飛機近期發(fā)展的主要技術(shù)需求，分析主要有大型民用飛機近期發(fā)展的主要技術(shù)需求，分析主要有：（1 1）樹立以旅客為中心的飛機設(shè)計思想樹立以旅客為中心的飛機設(shè)計思想，如，如，l低票價，使更多的人能坐上飛機旅行低票價，使更多的人能坐上飛機旅行; ;l擁有洲際不著陸航程，幾小時就能達到目的地；擁有洲際不著陸航程，幾小時就能達到目的地；l低噪聲低噪聲; ;l具有海平面高度的客艙氣壓，保證每個座位都獲具有海平面高度的客艙氣壓，保證每個座位都獲得得100%100%的新鮮空氣的新鮮空氣; ;l有多個通道，座位更寬敞些（如每兩個一組，沒有多個通道，座位更寬敞些（如

6、每兩個一組，沒有任何旅客被夾在中間）有任何旅客被夾在中間）; ;l確保行李擺放方便安全，存貯箱容易取放確保行李擺放方便安全，存貯箱容易取放; ;l通道多、艙門多、舷梯多，旅客能迅速上下；通道多、艙門多、舷梯多，旅客能迅速上下；l確保任何情況下的安全。確保任何情況下的安全。1 1。3 3 民用飛機設(shè)計思想民用飛機設(shè)計思想（2 2）全電系統(tǒng)全電系統(tǒng)，這有利于低成本、經(jīng)濟飛行；，這有利于低成本、經(jīng)濟飛行；（3 3）開發(fā)燃燒更充分、噪聲更小、耗油更少、推力）開發(fā)燃燒更充分、噪聲更小、耗油更少、推力更大、重量更輕的更大、重量更輕的發(fā)動機發(fā)動機; ; （4 4）修改飛機的設(shè)計和使用規(guī)章，以符合全社會提）修

7、改飛機的設(shè)計和使用規(guī)章，以符合全社會提出的出的“少一點噪聲、少一點污染少一點噪聲、少一點污染”的需求的需求; ; （5 5）飛機的設(shè)計要充分考慮）飛機的設(shè)計要充分考慮貨運需求貨運需求，因為貨運業(yè)，因為貨運業(yè)務將一直穩(wěn)步發(fā)展務將一直穩(wěn)步發(fā)展 1 1。4 4 民用飛機的特殊需求發(fā)展民用飛機的特殊需求發(fā)展（1 1）超聲速運輸機）超聲速運輸機 到目前為止，比較成功的超聲速客機就是到目前為止，比較成功的超聲速客機就是19691969年年研制、研制、19761976年投入商業(yè)運行的年投入商業(yè)運行的“協(xié)和協(xié)和”號飛機，它號飛機，它的最大飛行速度可達的最大飛行速度可達2.042.04馬赫，巡航高度馬赫，巡航高

8、度1800018000米。米。盡管盡管“協(xié)和協(xié)和”號超聲速飛機由于耗油率過高、航程號超聲速飛機由于耗油率過高、航程較短、噪音污染嚴重和設(shè)計的缺陷等技術(shù)問題已停較短、噪音污染嚴重和設(shè)計的缺陷等技術(shù)問題已停飛，但因越來越多的人希望在更短的時間內(nèi)到達遙飛，但因越來越多的人希望在更短的時間內(nèi)到達遙遠的目的地，超聲速和超大型運輸機將會繼續(xù)發(fā)展遠的目的地，超聲速和超大型運輸機將會繼續(xù)發(fā)展。2121世紀中期，超聲速運輸機將使旅客能在幾小時世紀中期，超聲速運輸機將使旅客能在幾小時內(nèi)到達遙遠的目的港。內(nèi)到達遙遠的目的港。 要實現(xiàn)超聲速民用運輸業(yè)的發(fā)展，必須要解決超要實現(xiàn)超聲速民用運輸業(yè)的發(fā)展，必須要解決超聲速飛

9、機存在耗油量大、噪聲、安全性和廢氣污染聲速飛機存在耗油量大、噪聲、安全性和廢氣污染等問題等問題, ,目前的超聲速民用飛機遠遠不能滿足客運和目前的超聲速民用飛機遠遠不能滿足客運和貨運的要求。貨運的要求。 1 1。4 4 民用飛機的特殊需求發(fā)展民用飛機的特殊需求發(fā)展（1 1）超聲速運輸機）超聲速運輸機 要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題：要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題： 實現(xiàn)超聲速巡航氣動設(shè)計一個主要問題就是如實現(xiàn)超聲速巡航氣動設(shè)計一個主要問題就是如何減小超聲速激波引起的何減小超聲速激波引起的“波阻波阻”和摩擦阻力。除和摩擦阻力。除了激波引起的前后壓力差了激波引起的前后壓力差“波阻波阻”外，激波引起的外，激波引起的附面層

10、分離也會大大增加阻力。附面層分離也會大大增加阻力。l 首先在飛機總體外形設(shè)計上要適應設(shè)計超聲速首先在飛機總體外形設(shè)計上要適應設(shè)計超聲速飛行（如增大長細比）；飛行（如增大長細比）；l 其次要改進超聲速翼型和運用附面層控制技術(shù)其次要改進超聲速翼型和運用附面層控制技術(shù)，有關(guān)研究實驗顯示，超聲速層流控制可減小阻力，有關(guān)研究實驗顯示，超聲速層流控制可減小阻力達達30%30%；l 還有改進進氣道設(shè)計和采用新型發(fā)動機技術(shù)也還有改進進氣道設(shè)計和采用新型發(fā)動機技術(shù)也十分重要。十分重要。超音速客機超音速客機1 1。3 3 民用飛機設(shè)計思想民用飛機設(shè)計思想（3 3）超大型運輸機）超大型運輸機 提高經(jīng)濟效益一直是商業(yè)

11、航空公司追求的目標，提高經(jīng)濟效益一直是商業(yè)航空公司追求的目標，其途徑之一就是運行超大容量的客機和貨運機。其途徑之一就是運行超大容量的客機和貨運機。 目前已研制出的空中客車目前已研制出的空中客車A380A380和已運行很長時和已運行很長時間的波音間的波音747-400747-400就是突出的例子。波音就是突出的例子。波音747-400747-400最大最大載客量有載客量有416416人。人。而新研制的空客而新研制的空客A380A380最大載客量可達最大載客量可達500-850500-850人，它人，它是目前世界上唯一采用全機身長度雙層客艙、是目前世界上唯一采用全機身長度雙層客艙、4 4通道的通道

12、的民航客機。民航客機。全機最高載客量為840人， 超音速客機超音速客機1 1。3 3 民用飛機設(shè)計思想民用飛機設(shè)計思想（3 3）超大型運輸機）超大型運輸機 大型軍用運輸飛機因現(xiàn)代戰(zhàn)爭對軍事空運能力的大型軍用運輸飛機因現(xiàn)代戰(zhàn)爭對軍事空運能力的需求而發(fā)展較早。為了減少軍費開支，一些國家的軍需求而發(fā)展較早。為了減少軍費開支，一些國家的軍事航空運輸力量建設(shè)采取了軍民航空運輸雙管齊下的事航空運輸力量建設(shè)采取了軍民航空運輸雙管齊下的策略。策略。 軍用運輸飛機的主要對象有武器裝備和人員軍用運輸飛機的主要對象有武器裝備和人員( (如士如士兵、傘兵、后勤、醫(yī)務人員兵、傘兵、后勤、醫(yī)務人員) )兩大類。武器裝備必

13、須由兩大類。武器裝備必須由軍用運輸機運送，而其他人員、物資則可由民用客機軍用運輸機運送，而其他人員、物資則可由民用客機或貨機來完成運輸。在海灣戰(zhàn)爭期間，美國出動的大或貨機來完成運輸。在海灣戰(zhàn)爭期間，美國出動的大、中型運輸機達、中型運輸機達10001000多架，與出動的戰(zhàn)斗機數(shù)量相差多架，與出動的戰(zhàn)斗機數(shù)量相差無幾。無幾。 1 1。3 3 民用飛機設(shè)計思想民用飛機設(shè)計思想（3 3）空間旅游和亞軌道飛行器）空間旅游和亞軌道飛行器 為了將高價值貨物能在數(shù)小時內(nèi)送達地球任何為了將高價值貨物能在數(shù)小時內(nèi)送達地球任何一處，還需要一種亞軌道飛行器。專家預測，一處，還需要一種亞軌道飛行器。專家預測，20252

14、025年內(nèi)，將旅客和貨物在大氣層外運送并進入地球軌年內(nèi)，將旅客和貨物在大氣層外運送并進入地球軌道將成為空間運輸業(yè)的新業(yè)務。道將成為空間運輸業(yè)的新業(yè)務。 早在早在2020世紀世紀8080年代，美、俄等國就提出研制年代，美、俄等國就提出研制M=4.0-7.0M=4.0-7.0的高超聲速運輸機。這種的高超聲速運輸機。這種“空天飛機空天飛機“或或”天地往返運載器天地往返運載器”，可以從地面水平起飛，不，可以從地面水平起飛，不同于目前的航天飛機需要外儲油箱和助推火箭，可同于目前的航天飛機需要外儲油箱和助推火箭，可以進入軌道航行，再從軌道進入大氣層目標區(qū)或返以進入軌道航行，再從軌道進入大氣層目標區(qū)或返回。

15、回。 1 1。3 3 民用飛機設(shè)計思想民用飛機設(shè)計思想（3 3）空間旅游和亞軌道飛行器）空間旅游和亞軌道飛行器 1 1。3 3 民用飛機設(shè)計思想民用飛機設(shè)計思想（3 3）空間旅游和亞軌道飛行器）空間旅游和亞軌道飛行器 1 1。3 3 民用飛機設(shè)計思想民用飛機設(shè)計思想（3 3）空間旅游和亞軌道飛行器）空間旅游和亞軌道飛行器“山貓山貓”號私人太空旅游飛機號私人太空旅游飛機 1 1。4 4 民用飛機設(shè)計過程民用飛機設(shè)計過程（1 1）民用飛機研制階段）民用飛機研制階段 1 1）項目前期論證階段；）項目前期論證階段； 2 2）技術(shù)經(jīng)紀可行性論證階段；）技術(shù)經(jīng)紀可行性論證階段； 3 3）總體方案論證階段；

16、）總體方案論證階段； 4 4）型號研制階段。）型號研制階段。 1 1。4 4 民用飛機設(shè)計過程民用飛機設(shè)計過程（2 2）民用飛機研制要求）民用飛機研制要求 1 1）國內(nèi)外市場需求調(diào)查分析；）國內(nèi)外市場需求調(diào)查分析； 2 2）技術(shù)要求與可行性；）技術(shù)要求與可行性； 3 3）研制總經(jīng)費概算與成本預測；）研制總經(jīng)費概算與成本預測； 4 4）研制周期預測及系統(tǒng)工程網(wǎng)絡圖；研制周期預測及系統(tǒng)工程網(wǎng)絡圖； 5）滿足適航要求的可行性分析。）滿足適航要求的可行性分析。 1。4 民用飛機設(shè)計過程民用飛機設(shè)計過程（3 3）民用飛機總體設(shè)計程序）民用飛機總體設(shè)計程序 1 1）策劃、構(gòu)思階段；）策劃、構(gòu)思階段； 2

17、2）方案設(shè)計階段；）方案設(shè)計階段； 3 3）初步設(shè)計階段；）初步設(shè)計階段； 4 4）詳細設(shè)計階段；）詳細設(shè)計階段； 5 5）聯(lián)絡工程階段；）聯(lián)絡工程階段； 6 6）產(chǎn)品保障階段。）產(chǎn)品保障階段。 1。4 民用飛機設(shè)計過程民用飛機設(shè)計過程（4 4）民用飛機設(shè)計準則）民用飛機設(shè)計準則 -設(shè)計頂層文件設(shè)計頂層文件如：如： 1 1）型號設(shè)計要求與目標；）型號設(shè)計要求與目標； 2 2）全機重量與平衡報告；）全機重量與平衡報告； 3 3）全機載荷報告；）全機載荷報告； 4 4）全機材料準則；）全機材料準則； 5 5）全機結(jié)構(gòu)設(shè)計準則；）全機結(jié)構(gòu)設(shè)計準則； 6 6）全機維修設(shè)計準則；）全機維修設(shè)計準則； 一

18、、大型民用飛機總體設(shè)計技術(shù)一、大型民用飛機總體設(shè)計技術(shù) （1 1）民用飛機方案設(shè)計內(nèi)容）民用飛機方案設(shè)計內(nèi)容 1 1）飛機的主要幾何尺寸；）飛機的主要幾何尺寸； 2 2）飛機的總體布置；）飛機的總體布置； 3 3）飛行的主要特征重量；）飛行的主要特征重量； 4 4）動力裝置的選擇；）動力裝置的選擇； 5 5）飛機上個主要技術(shù)措施）飛機上個主要技術(shù)措施( (包括設(shè)備包括設(shè)備) )的選擇；的選擇； 6 6）飛機的主要性能和使用特性；）飛機的主要性能和使用特性； 7) 7) 總體技術(shù)協(xié)調(diào)總體技術(shù)協(xié)調(diào). .二、大型民用飛機總體設(shè)計技術(shù)二、大型民用飛機總體設(shè)計技術(shù) （2 2）民用飛機設(shè)計的主要技術(shù)要求）

19、民用飛機設(shè)計的主要技術(shù)要求 1 1）載重量）載重量 載客量載客量, ,載貨量載貨量 2 2）巡航速度）巡航速度 高亞聲速高亞聲速, ,超超聲速聲速,巡航巡航M數(shù)數(shù) 3 3）動力裝置）動力裝置 種類種類( (渦輪風扇發(fā)動機渦輪風扇發(fā)動機, ,渦輪螺槳發(fā)動機渦輪螺槳發(fā)動機), 臺數(shù)，推重比，安裝位置臺數(shù)，推重比，安裝位置 4 4）航程：中程，遠程，）航程：中程，遠程，XXXX公里公里 5 5）安全標準：適航標準）安全標準：適航標準 一、大型飛機總體布局設(shè)計一、大型飛機總體布局設(shè)計2 2。1 1 常規(guī)布局常規(guī)布局 目前的大型飛機是以“大展弦比機翼、后平尾、單垂尾”的常規(guī)布局為主。 正常式布局飛機 優(yōu)

20、點- - 平尾距離較遠，平衡力矩大，升降操縱力矩大 - 縱向靜穩(wěn)定性好技術(shù)成熟，所積累的經(jīng)驗和資料豐富，設(shè)計容易成功。 缺點 - 配平阻力較大配平阻力較大 - 機翼的下洗對尾翼的干擾往往不利，布置不當配平阻力比較大。 0yczm運-10機翼位置（上單翼，中單翼，下單翼）機翼位置（上單翼，中單翼，下單翼） 翼身組合體的極曲線 對橫滾力矩特性的影響 大型客機多數(shù)采用大型客機多數(shù)采用-下單翼下單翼l 機翼結(jié)構(gòu)可從客艙地板下穿過機翼結(jié)構(gòu)可從客艙地板下穿過l 起落架短、結(jié)構(gòu)重量輕、易收放起落架短、結(jié)構(gòu)重量輕、易收放l 發(fā)動機和襟翼易于檢查和維修發(fā)動機和襟翼易于檢查和維修l 安全考慮：強迫著陸時，機翼可起

21、安全考慮：強迫著陸時，機翼可起緩沖作用。緩沖作用。重型運輸機多采用重型運輸機多采用-上單翼上單翼l 為了便于裝運重型設(shè)備，機身地板為了便于裝運重型設(shè)備，機身地板離地面盡量近離地面盡量近l掛吊渦輪螺旋槳掛吊渦輪螺旋槳發(fā)動機，槳盤大發(fā)動機，槳盤大 美國波音正與美國波音正與NASANASA合作開發(fā)合作開發(fā)“高速民用運高速民用運輸機輸機”波音波音787787走的是另外一條路，盡管該機走的是另外一條路，盡管該機最大只可載客最大只可載客300300人，但強調(diào)的特點是：人，但強調(diào)的特點是：l大量采用復合材料，大量采用復合材料，l低燃料消耗、低燃料消耗、l高巡航速度，可以高巡航速度，可以0.850.85馬赫高

22、亞聲速的巡馬赫高亞聲速的巡航速度實現(xiàn)較遠的點對點不經(jīng)停直飛航線航速度實現(xiàn)較遠的點對點不經(jīng)停直飛航線l高效益及舒適的客艙環(huán)境，高效益及舒適的客艙環(huán)境，l比目前同類飛機節(jié)省比目前同類飛機節(jié)省20%20%的燃油消耗，的燃油消耗，l并采用全球化生產(chǎn)網(wǎng)絡。并采用全球化生產(chǎn)網(wǎng)絡。（方向舵方向舵- 成都飛機工業(yè)公司成都飛機工業(yè)公司 復合材料結(jié)構(gòu)部件復合材料結(jié)構(gòu)部件-哈爾濱飛機工業(yè)公司哈爾濱飛機工業(yè)公司 垂尾前沿垂尾前沿- 沈陽飛機工業(yè)公司）沈陽飛機工業(yè)公司） C-17“環(huán)球空中霸王環(huán)球空中霸王” 最大承載貨物重量有150噸，最大航程11000公里，可以裝載重型坦克。 美國的大型軍用運輸飛機美國的大型軍用運輸

23、飛機C C1717被稱為被稱為“空中霸王空中霸王”，最，最大承載貨物重量有大承載貨物重量有150150噸，最大航程噸，最大航程1100011000公里，可以裝載公里，可以裝載重型坦克。從總體上看，重型坦克。從總體上看，C C1717是以戰(zhàn)略運輸為主，兼有是以戰(zhàn)略運輸為主，兼有戰(zhàn)術(shù)運輸特點的一種大型戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)運輸特點的一種大型戰(zhàn)略/ /戰(zhàn)術(shù)運輸機。戰(zhàn)術(shù)運輸機。 俄羅斯和烏克蘭研制的新型安一俄羅斯和烏克蘭研制的新型安一7070軍用運輸飛機是軍用運輸飛機是以戰(zhàn)術(shù)運輸為主，兼具戰(zhàn)略運輸能力的一種戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略以戰(zhàn)術(shù)運輸為主，兼具戰(zhàn)略運輸能力的一種戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略運輸機。安一運輸機。安一7070飛機的貨艙尺寸寬大，其容

24、積是安一飛機的貨艙尺寸寬大，其容積是安一1212和和C C一一130130的的3 3倍左右，能運載獨聯(lián)體各國和北約國家大倍左右，能運載獨聯(lián)體各國和北約國家大多數(shù)武器裝備。多數(shù)武器裝備。 歐盟七國新研制的歐盟七國新研制的A400MA400M軍用運輸機與安一軍用運輸機與安一7070飛機在飛機在性能、噸位上幾乎完全一致，是作為歐盟七國新型戰(zhàn)略性能、噸位上幾乎完全一致，是作為歐盟七國新型戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)運輸機而研制的新一代軍用運輸機。戰(zhàn)術(shù)運輸機而研制的新一代軍用運輸機。 C-17“環(huán)球空中霸王環(huán)球空中霸王” 安安-70運輸機運輸機 A-400運輸機運輸機 伊爾伊爾-76中程運輸機中程運輸機 空中加油空中加油安

25、安-225，最大起飛總重，最大起飛總重600噸噸 E-3預警機預警機美國美國E-10A多傳感器指揮控制飛機多傳感器指揮控制飛機系統(tǒng)平臺波音系統(tǒng)平臺波音767-400 ER飛機飛機 2 2。2 2 特殊布局特殊布局 （1 1）超聲速運輸機（）超聲速運輸機（如如“協(xié)和號協(xié)和號”和俄羅斯的圖和俄羅斯的圖-144-144）由于接近聲速飛行時的強激波作用，大展弦比小后掠角機由于接近聲速飛行時的強激波作用，大展弦比小后掠角機翼的亞聲速常規(guī)布局運輸飛機已不能適應翼的亞聲速常規(guī)布局運輸飛機已不能適應“聲速聲速”和和“超超聲速聲速”飛行了。要實現(xiàn)超聲速飛行的運輸機，必須克服飛行了。要實現(xiàn)超聲速飛行的運輸機，必須

26、克服“聲障聲障”，減小激度強度，因此必須采用小展弦比大后掠角，減小激度強度，因此必須采用小展弦比大后掠角機翼設(shè)計。機翼設(shè)計。 單純加大后掠機翼會使剛度變小，結(jié)構(gòu)重量增大，橫單純加大后掠機翼會使剛度變小，結(jié)構(gòu)重量增大，橫向流動加劇導致翼尖氣流分離。盡管發(fā)展出了三角翼布局向流動加劇導致翼尖氣流分離。盡管發(fā)展出了三角翼布局可增大機翼剛度和面積，但是常規(guī)布局的平尾離機翼較近可增大機翼剛度和面積，但是常規(guī)布局的平尾離機翼較近，尾力臂小，必須增大平尾偏角以配平或拉起，增大了配，尾力臂小，必須增大平尾偏角以配平或拉起，增大了配平阻力。而無尾布局的舵面配平偏角較?。ń笠硪财鹕灯阶枇?。而無尾布局的舵面配平偏角

27、較?。ń笠硪财鹕刀孀饔茫?，總體上無尾布局的配平和誘導阻力要明顯小于舵作用），總體上無尾布局的配平和誘導阻力要明顯小于常規(guī)有尾布局，在超聲速飛行時無尾布局的升阻比更大。常規(guī)有尾布局，在超聲速飛行時無尾布局的升阻比更大。 為此第一代超聲速客機都采用了無尾布局形式。為此第一代超聲速客機都采用了無尾布局形式?！皡f(xié)和號協(xié)和號”超音速客機超音速客機（無尾布局）（無尾布局）音速巡航者客機音速巡航者客機（鴨式布局）（鴨式布局）鴨式布局鴨式布局三翼面布局三翼面布局A-2超音速客機超音速客機（鴨式布局）（鴨式布局）（2 2）高超聲速飛行器）高超聲速飛行器 早在早在2020世紀世紀8080年代，美、俄等國就提出研

28、年代，美、俄等國就提出研制制M=4.0-7.0M=4.0-7.0的高超聲速運輸機。這種的高超聲速運輸機。這種“空天空天飛機飛機“或或”天地往返運載器天地往返運載器”，可以從地面水，可以從地面水平起飛，不同于目前的航天飛機需要外儲油箱平起飛，不同于目前的航天飛機需要外儲油箱和助推火箭，可以進入軌道航行，再從軌道進和助推火箭，可以進入軌道航行，再從軌道進入大氣層目標區(qū)或返回。入大氣層目標區(qū)或返回。 最近英國最近英國Reaction Engines Reaction Engines 公司宣布將在公司宣布將在未來未來25 25 年內(nèi)研發(fā)一種新型的超聲速客機年內(nèi)研發(fā)一種新型的超聲速客機A2A2。該飛機的

29、總設(shè)計師稱：該飛機的總設(shè)計師稱：“如果該飛機研制成功如果該飛機研制成功，將大大縮短長途航空的旅行時間。從歐洲到，將大大縮短長途航空的旅行時間。從歐洲到澳大利亞的航行時間只要澳大利亞的航行時間只要4 4 小時。小時?！保? 2）高超聲速飛行器）高超聲速飛行器 高超聲速飛行器的設(shè)計面臨著與常規(guī)超聲高超聲速飛行器的設(shè)計面臨著與常規(guī)超聲速飛機不同的一系列特殊技術(shù)問題，如速飛機不同的一系列特殊技術(shù)問題，如l高超聲速氣動力設(shè)計問題、高超聲速氣動力設(shè)計問題、 l氣動加熱下的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題氣動加熱下的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題l適于高超聲速飛行的動力推進系統(tǒng)。適于高超聲速飛行的動力推進系統(tǒng)。l關(guān)于關(guān)于“乘波飛機乘波飛機” 從

30、氣動外形考慮，“乘波飛機”是研究高超音速飛機一種新概念飛行器。通?！凹げā北徽J為是超音速飛行器一個“有害”的特性，而乘波飛機恰恰是利用“激波”來產(chǎn)生升力。早在60年代就有人提出這一設(shè)想。 在高超音速下，飛機上、下表面的流動不會相互干擾。如圖1-8所示一個二維楔的高超音速流，上表面平行來流。在前緣下部會產(chǎn)生一道強激波面，由于激波后區(qū)域壓力會突然增高，而且升力體下方的高壓區(qū)不會與上表面的相對低壓區(qū)流動相串通，因而由楔形翼的上下壓力差而產(chǎn)生升力。（3）變后掠翼）變后掠翼布局布局 （2）對于對于飛行速度范圍要求較廣對于對于飛行速度范圍要求較廣的大型飛機，的大型飛機，如某些既能適應超聲音飛行，又要適應亞

31、聲速如某些既能適應超聲音飛行，又要適應亞聲速飛行的轟炸機，有的就設(shè)計為飛行的轟炸機，有的就設(shè)計為“變后掠翼變后掠翼”形形式。例如式。例如美國的美國的B-1B-1轟炸機，轟炸機，俄羅斯的圖俄羅斯的圖-22M-22M（單火）轟炸機和（單火）轟炸機和圖圖-160-160（海盜旗）轟炸機就（海盜旗）轟炸機就都是都是“變后掠翼變后掠翼”布局。布局。B-1B 轟炸機轟炸機B-1B 轟炸機轟炸機變后掠15；59.5圖圖-160“海盜旗海盜旗”(BlackJack) 遠程戰(zhàn)略轟炸機遠程戰(zhàn)略轟炸機圖圖-22M“逆火逆火” 轟炸機轟炸機“全球鷹全球鷹”(Global Hawk) 高空長航時無人機，高空長航時無人機

32、， 設(shè)設(shè) 計也有一定的隱身功能計也有一定的隱身功能。（4 4）飛翼式布局）飛翼式布局（飛翼式布局飛翼式布局-又稱又稱“翼身融合翼身融合體體”，BWB：(Blended Wing Body Aircraft) B-2 B-2轟炸機則是為隱身需要設(shè)計的特殊的轟炸機則是為隱身需要設(shè)計的特殊的飛翼式布局，也是世界上第一個成功的大型飛飛翼式布局，也是世界上第一個成功的大型飛翼式飛機。其布局為無平尾、無垂尾，翼式飛機。其布局為無平尾、無垂尾，縱橫穩(wěn)定性與操縱都靠翼面后緣的多級縱橫穩(wěn)定性與操縱都靠翼面后緣的多級l襟襟翼翼、l副翼副翼l升降舵面升降舵面來控制。來控制。B-2 隱身轟炸機隱身轟炸機飛翼式布局飛翼

33、式布局 波音公司于波音公司于1994199419971997年在年在NASANASA的資助下，提供一的資助下，提供一個個800800座位、航程座位、航程12971km12971km、巡航馬赫數(shù)為、巡航馬赫數(shù)為 0.85 0.85 的飛的飛翼式（又稱翼式（又稱“翼身融合體翼身融合體”，BWBBWB：(Blended Wing (Blended Wing Body Aircraft)Body Aircraft)先進客機的設(shè)計方案。隨后又以最小先進客機的設(shè)計方案。隨后又以最小起飛重量為設(shè)計目標設(shè)計出了第二代起飛重量為設(shè)計目標設(shè)計出了第二代BWBBWB的外形（圖的外形（圖10.2.2-510.2.2-

34、5），它的翼展），它的翼展85.3m85.3m，機翼面積，機翼面積450m2450m2。為了。為了穩(wěn)定和控制該穩(wěn)定和控制該BWBBWB客機設(shè)計，有前緣縫翼和作為升降舵客機設(shè)計，有前緣縫翼和作為升降舵的后緣簡單式襟翼，外翼的副翼作為升降舵是俯仰和的后緣簡單式襟翼，外翼的副翼作為升降舵是俯仰和滾轉(zhuǎn)的主要控制，帶有方向舵的翼梢小翼主要提供方滾轉(zhuǎn)的主要控制，帶有方向舵的翼梢小翼主要提供方向穩(wěn)定性的控制。向穩(wěn)定性的控制。 “科幻科幻” BWB客機客機飛翼式布局飛翼式布局他們研究的翼身融合體與按同樣設(shè)計要求的常規(guī)布局他們研究的翼身融合體與按同樣設(shè)計要求的常規(guī)布局的性能作比較，顯示的性能作比較，顯示BWBB

35、WB的最大起飛重量要比常規(guī)的低的最大起飛重量要比常規(guī)的低15%15%，巡航的升阻比也從常規(guī)的，巡航的升阻比也從常規(guī)的1919增大到增大到2323，需求推力，需求推力比常規(guī)的減小比常規(guī)的減小1/31/3，因此每英里的耗油率會降低，因此每英里的耗油率會降低27%27%。 該該BWBBWB方案機翼尾部上方安裝三臺發(fā)動機。在方案機翼尾部上方安裝三臺發(fā)動機。在NASANASA資助的研究下提出了邊界層吞吸的概念，運用發(fā)動機資助的研究下提出了邊界層吞吸的概念，運用發(fā)動機和機體一體化多學科設(shè)計方法，使發(fā)動機進氣道在風和機體一體化多學科設(shè)計方法，使發(fā)動機進氣道在風扇前安置專門的渦流發(fā)生器可提供在風扇處合適的均扇

36、前安置專門的渦流發(fā)生器可提供在風扇處合適的均勻來流和可接受的壓強恢復，不僅減少了沖壓阻力，勻來流和可接受的壓強恢復，不僅減少了沖壓阻力，且提高了推進效率。研究結(jié)果表明進氣道吸吞來流邊且提高了推進效率。研究結(jié)果表明進氣道吸吞來流邊界層而非排除方法可使發(fā)動機降低燃油消耗。界層而非排除方法可使發(fā)動機降低燃油消耗。 三大型飛機氣動外形設(shè)計三大型飛機氣動外形設(shè)計1 、 超臨界翼型超臨界翼型 自從發(fā)明了在高亞聲速、跨聲速時可以大大延緩或減自從發(fā)明了在高亞聲速、跨聲速時可以大大延緩或減弱激波的弱激波的“超臨界翼型超臨界翼型”以來，大型亞聲速飛機多半采以來，大型亞聲速飛機多半采用用“超臨界翼型超臨界翼型”。超

37、臨界翼型除了可以減小激波外，。超臨界翼型除了可以減小激波外，還有增大機翼容積的作用。大型亞聲速飛機機翼多數(shù)采還有增大機翼容積的作用。大型亞聲速飛機機翼多數(shù)采用多段不同翼型，機翼根部翼型與稍部翼型有較大差別用多段不同翼型，機翼根部翼型與稍部翼型有較大差別。2 2、 梯形機翼梯形機翼 亞聲速大飛機亞聲速大飛機-大展弦比、中等后掠角大展弦比、中等后掠角 為了使大型飛機（亞聲速）有較大的升阻比，一般都為了使大型飛機（亞聲速）有較大的升阻比，一般都設(shè)計為大展弦比，通常展弦比為設(shè)計為大展弦比，通常展弦比為7-87-8左右。左右?，F(xiàn)代大型運輸機（包括客機）的巡航速度已達到現(xiàn)代大型運輸機（包括客機）的巡航速度

38、已達到90090010001000公里公里/ /小時，據(jù)統(tǒng)計，大型客機的小時，據(jù)統(tǒng)計，大型客機的機翼機翼1/41/4弦線后掠角弦線后掠角，約在，約在30303838梢根比：0.2 - 0.3; 展弦比展弦比 : Sl /2 機翼面積機翼面積: S平均氣動弦長平均氣動弦長)1 (13220ccAB-777-200 機翼平面形狀平面形狀 亞聲速大型飛機機翼前緣多半為直線，而后緣為多段折亞聲速大型飛機機翼前緣多半為直線，而后緣為多段折線型。線型。增加內(nèi)翼段的升力；增加內(nèi)翼段的升力；便于設(shè)計更有效的襟翼，便于設(shè)計更有效的襟翼，提高起降性能；提高起降性能；根部機翼還承擔起落架收放機構(gòu)；根部機翼還承擔起落

39、架收放機構(gòu)；更更有利于吊艙發(fā)動機的機翼支撐承力結(jié)構(gòu)的設(shè)計。有利于吊艙發(fā)動機的機翼支撐承力結(jié)構(gòu)的設(shè)計。B-777-200 機翼彎扭設(shè)計彎扭設(shè)計大型飛機機翼多半設(shè)計為有大型飛機機翼多半設(shè)計為有“彎扭彎扭”形狀。這里形狀。這里“彎曲彎曲”，如，如下單翼多半設(shè)計為具有約下單翼多半設(shè)計為具有約6 6左右的上反角。而左右的上反角。而“扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)”設(shè)計設(shè)計相對復雜些，根部機翼段多半設(shè)計有相對復雜些，根部機翼段多半設(shè)計有3 3多的安裝角，而逐漸多的安裝角，而逐漸光順變換到光順變換到0 0安裝角。機翼梢部段通常設(shè)計有負安裝角安裝角。機翼梢部段通常設(shè)計有負安裝角34,對沒有翼尖小翼的，通常用“低阻翼尖”平面形狀設(shè)計。3、流線型機翼、流線型機翼4 4、BWBBWB飛翼式飛翼式后掠 39. 5截面性質(zhì)截面性質(zhì)-“-“翼型翼型”5 5、 S S形機翼形機翼“協(xié)和號協(xié)和號”超