飛機(jī)總體設(shè)計-3第三講-飛機(jī)總體設(shè)計的第一次近似-大飛機(jī)

飛機(jī)總體設(shè)計的第一次近似

飛機(jī)設(shè)計研究所航空科學(xué)與工程學(xué)院飛機(jī)總體設(shè)計第三講

1第三講飛機(jī)總體設(shè)計的第一次近似3.1概念構(gòu)思與概念草圖3.2飛機(jī)的主要總體設(shè)計參數(shù)3.3初步重量估計3.4權(quán)衡研究3.5推重比與翼載荷23.1概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思的形成熟知同類用途飛機(jī)的布局形式，了解不同布局的利弊和特點(diǎn)33.1概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思的形成積累數(shù)據(jù)飛機(jī)的數(shù)據(jù)主要標(biāo)準(zhǔn)部件的形狀和重量座椅、廚房、衛(wèi)生間、集裝箱…可能的發(fā)動機(jī)了解相關(guān)領(lǐng)域的最新水平氣動、結(jié)構(gòu)、飛控系統(tǒng)、翼梢小翼…“勿在浮砂筑高臺〞—候俊杰《深入淺出MFC》43.1概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思的形成積累數(shù)據(jù)主要的數(shù)據(jù)來源飛機(jī)的技術(shù)說明書簡氏飛機(jī)年鑒〔Jane‘sAllTheWorld’sAircraft〕飛機(jī)公司宣傳資料設(shè)計教科書期刊雜志互聯(lián)網(wǎng)53.1概念構(gòu)思與概念草圖概念構(gòu)思的形成對各專業(yè)根本知識的全面了解＋創(chuàng)新的思想＋美學(xué)觀點(diǎn)概念構(gòu)思的表達(dá)—概念草圖〔ConceptualSketch〕63.1概念構(gòu)思與概念草圖概念草圖畫出多個候選方案，不要指望一開始就知道該怎么做在可能的情況下對多個方案都進(jìn)行分析和優(yōu)化73.1概念構(gòu)思與概念草圖概念草圖來源：Kirschbaum’sAircraftDesignHandbook,AircraftDesignAidandLayoutGuide83.1概念構(gòu)思與概念草圖概念草圖T1“潮汐獵人〞〔330501〕T9〔330504〕93.1概念構(gòu)思與概念草圖草圖的作用確定你對要設(shè)計的方案的整體印象勾畫出氣動布局表示出在哪里布置機(jī)組、有效載荷、乘員、起落架、發(fā)動機(jī)、燃油和主要的子系統(tǒng)用于總體設(shè)計的第一次近似—估算初始的主要總體設(shè)計參數(shù)103.2飛機(jī)的主要總體設(shè)計參數(shù)飛機(jī)運(yùn)動方程分析重力推力阻力升力來源：IntroductiontoAeronautics:ADesignPerspective113.2飛機(jī)的主要總體設(shè)計參數(shù)飛機(jī)的主要總體設(shè)計參數(shù)設(shè)計起飛重量W0(kg)動力裝置海平面靜推力

T(kg)機(jī)翼面積S(m2)組合參數(shù)推重比T/W0翼載荷W0/S(kg/m2)123.2飛機(jī)的主要總體設(shè)計參數(shù)符號與單位說明參數(shù)《飛機(jī)總體設(shè)計》AircraftDesign:AConceptualApproach(mks)重量

m(kg)W

(kg)推力F(N)T(kg)重力G(N)

推重比F0/G0T/W0翼載荷m0/S(kg/m2)W0/S(kg/m2)升阻比K=CL/CDL/D133.2飛機(jī)的主要總體設(shè)計參數(shù)Sizing－參數(shù)選擇；定參數(shù)3.2飛機(jī)的主要總體設(shè)計參數(shù)起飛重量的構(gòu)成設(shè)計起飛總重：飛機(jī)在執(zhí)行任務(wù)開始時的設(shè)計總重量。構(gòu)成：乘員重量有效載荷〔旅客和貨物〕重量燃油重量空機(jī)重量:飛機(jī)結(jié)構(gòu)、發(fā)動機(jī)、起落架、固定設(shè)備、航空電子設(shè)備以及其他固定的物品153.3初步重量估計起飛重量的構(gòu)成

乘員有效載荷燃油空機(jī)重量163.3初步重量估計空機(jī)重量估計對不同類型的飛機(jī)，可以統(tǒng)計出一定的趨勢空機(jī)重量系數(shù)We/W0設(shè)計起飛總重W0，kg173.3初步重量估計空機(jī)重量估計We/W0=AW0CAC雙發(fā)渦輪螺槳飛機(jī)0.92-0.05噴氣式運(yùn)輸機(jī)0.97-0.06通用航空飛機(jī)-雙發(fā)動機(jī)1.40-0.10通用航空飛機(jī)-單發(fā)動機(jī)2.05-0.18農(nóng)用飛機(jī)0.72-0.03飛機(jī)設(shè)計手冊-民用飛機(jī)總體設(shè)計0.831-0.0369W0的量綱為kg復(fù)合材料的應(yīng)用：近似為We/W0統(tǒng)計值的0.9倍3.3初步重量估計193.3初步重量估計燃油重量估計機(jī)上燃油＝使用油重＋備用油重適航標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定備用油量用下述方法定出：為使用油量的某一百分?jǐn)?shù)；規(guī)定附加的航程以飛抵備降機(jī)場；規(guī)定延長的空中等待時間。根據(jù)任務(wù)段重量比計算任務(wù)段重量比：飛機(jī)在某一任務(wù)段結(jié)束時的重量除以該任務(wù)段開始時的重量任意的第i段：

或203.3初步重量估計燃油重量估計例如：起飛Takeoff爬升Climb巡航Cruise下降Decent著陸Land213.3初步重量估計燃油重量估計各種任務(wù)段的重量比估算方法任務(wù)段(Wi/Wi-1)相對油耗，%暖機(jī)、滑行和起飛0.9950.5爬升0.982下降0.9960.4著陸、滑行和停機(jī)0.9970.3各任務(wù)段相對油耗經(jīng)驗(yàn)值3.3初步重量估計飛行階段耗油(kg)重量(kg)相對油耗%使用段油與備用段油比例停機(jī)75800起飛379754210.50爬升1508739132.0010670m巡航107936312014.60爬升189629310.3011890巡航4128588036.56下降著落235585680.4082.5爬升586579821.004500m高度轉(zhuǎn)場1392565902.40下降著落113564770.20待機(jī)45min1412550652.50著陸165549000.30總計2090027.517.5某飛機(jī)方案各飛行階段油耗233.3初步重量估計燃油重量估計各種任務(wù)段的重量比估算方法巡航－根據(jù)布雷蓋〔Breguet〕航程公式待機(jī)(Loiter)－根據(jù)續(xù)航時間公式V=速度(km/h)R=航程(km)E=續(xù)航時間或待機(jī)時間(h)C=單位耗油率(1/h)L/D=升阻比243.3初步重量估計單位耗油率〔SFC或C〕單位時間內(nèi)產(chǎn)生單位推力所消耗的燃油量對不同類型的發(fā)動機(jī)可以進(jìn)行統(tǒng)計擬合注意單位！(SpecialFuelConsumption:1/h)典型噴氣式發(fā)動機(jī)的巡航待機(jī)純渦輪噴氣式0.90.8低涵道比渦輪風(fēng)扇0.80.7高涵道比渦輪風(fēng)扇0.50.4飛機(jī)設(shè)計手冊-民用飛機(jī)總體設(shè)計0.5~0.90.4~0.6253.3初步重量估計升阻比K〔或L/D〕是設(shè)計方案總體氣動效率的量度取決于兩個設(shè)計因素：機(jī)翼翼展＆浸潤面積估算升阻比時常用的另一個機(jī)翼設(shè)計參數(shù)：展弦比=翼展的平方／機(jī)翼參考面積等效展弦比=aMacmaxac噴氣教練機(jī)4.737-0.979噴氣戰(zhàn)斗機(jī)（格斗）5.416-0.622噴氣戰(zhàn)斗機(jī)（其它）4.110-0.622軍用運(yùn)輸/轟炸機(jī)5.570-1.075噴氣運(yùn)輸機(jī)7.500等效展弦比=翼展的平方/〔機(jī)翼和鴨翼面積〕263.3初步重量估計升阻比Sjr/S〔或Swet/Sref〕等效展弦比

l2/S浸潤展弦比

l2/Sjr概念草圖+3.3初步重量估計 B-47 火神S參考 1430 3446S浸潤 11300 9600展長 116 90S浸潤/S參考 7.9 2.8展弦比 9.4 2.35浸潤展弦比 1.2 0.84(L/D)max 17.2 17.0浸潤面積：全機(jī)外表的外露面積283.3初步重量估計升阻比最大升阻比！3.3初步重量估計巡航待機(jī)噴氣式飛機(jī)0.866L/DmaxL/Dmax螺旋槳飛機(jī)L/Dmax0.866L/Dmax飛機(jī)設(shè)計手冊-民用飛機(jī)總體設(shè)計13~1514~18303.3初步重量估計飛機(jī)起飛重量的估算方法以上一講提出的150座級的干線飛機(jī)為例起飛重量疊代公式空機(jī)重量系數(shù)30有效載荷估算分類人數(shù)單位重量,kg行李重量,kg總重量,kg旅客150752014250機(jī)組67520570貨物2000有效載荷168203.3初步重量估計巡航段消耗的燃油耗油率：SFC=0.7航程：R=5000km巡航速度：V=900km/h，Ma=0.85重量系數(shù)：使用油85%，備用油15%任務(wù)段(Wi/Wi-1)相對油耗，%起飛和爬升0.97512.5下降和著陸滑行0.9930.7323.3初步重量估計一級近似法〔First-orderdesignmethod〕

迭代通常只須幾次就可以收斂3.3初步重量估計飛機(jī)起飛重量的疊代計算〔根本狀態(tài)〕33起飛重量7000078902776087778477760空機(jī)重量系數(shù)0.496670.493110.493600.493540.49354SFC(1/h)0.70.70.70.70.7K1616161616range(km)50005000500050005000V(km/h)900900900900900起飛段重量比0.97510.97510.97510.97510.9751巡航段重量比0.80350.80350.80350.80350.8035降落段重量比0.99300.99300.99300.99300.9930使用段燃油系數(shù)0.24660.24660.24660.24660.2466總?cè)加拖禂?shù)0.29020.29020.29020.29020.2902Wto78902776087778477760777633.3初步重量估計飛機(jī)起飛重量的疊代計算〔k=15〕34起飛重量7000084756824038273982690空機(jī)重量系數(shù)0.496670.491000.491830.491710.49173SFC(1/h)0.70.70.70.70.7K1515151515range(km)50005000500050005000V(km/h)900900900900900起飛段重量比0.97510.97510.97510.97510.9751巡航段重量比0.79190.79190.79190.79190.7919降落段重量比0.99300.99300.99300.99300.9930使用段燃油系數(shù)0.25910.25910.25910.25910.2591總?cè)加拖禂?shù)0.30490.30490.30490.30490.3049Wto84756824038273982690826973.3初步重量估計飛機(jī)起飛重量的疊代計算〔K=17〕35起飛重量,kg7000074311737327380773797空機(jī)重量系數(shù)0.496670.494890.495120.495090.49510SFC(1/h)0.70.70.70.70.7K1717171717航程(km)50005000500050005000V(km/h)900900900900900起飛段重量比0.97510.97510.97510.97510.9751巡航段重量比0.81390.81390.81390.81390.8139降落段重量比0.99300.99300.99300.99300.9930使用段燃油系數(shù)0.23540.23540.23540.23540.2354總?cè)加拖禂?shù)0.27700.27700.27700.27700.2770Wto,kg74311737327380773797737983.3初步重量估計飛機(jī)起飛重量的疊代計算〔V=850km/h〕36起飛重量,kg7000084027818158212982084空機(jī)重量系數(shù)0.496670.491250.492040.491930.49194SFC(1/h)0.70.70.70.70.7K1616161616航程(km)50005000500050005000V(km/h)850850850850850起飛段重量比0.97510.97510.97510.97510.9751巡航段重量比0.79320.79320.79320.79320.7932降落段重量比0.99300.99300.99300.99300.9930使用段燃油系數(shù)0.25770.25770.25770.25770.2577總?cè)加拖禂?shù)0.30320.30320.30320.30320.3032Wto,kg84027818158212982084820903.3初步重量估計飛機(jī)起飛重量的疊代計算〔SFC=0.6〕37起飛重量,kg7000068524687026868168683空機(jī)重量系數(shù)0.496670.497300.497230.497240.49723SFC(1/h)0.60.60.60.60.6K1616161616航程(km)50005000500050005000V(km/h)900900900900900起飛段重量比0.97510.97510.97510.97510.9751巡航段重量比0.82900.82900.82900.82900.8290降落段重量比0.99300.99300.99300.99300.9930使用段燃油系數(shù)0.21920.21920.21920.21920.2192總?cè)加拖禂?shù)0.25790.25790.25790.25790.2579Wto,kg68524687026868168683686833.3初步重量估計飛機(jī)起飛重量的疊代計算〔空機(jī)重量系數(shù)*0.9〕38起飛重量,kg7000063993645866452464530空機(jī)重量系數(shù)0.447000.449410.449170.449190.44919SFC(1/h)0.70.70.70.70.7K1616161616航程(km)50005000500050005000V(km/h)900900900900900起飛段重量比0.97510.97510.97510.97510.9751巡航段重量比0.80350.80350.80350.80350.8035降落段重量比0.99300.99300.99300.99300.9930使用段燃油系數(shù)0.24660.24660.24660.24660.2466總?cè)加拖禂?shù)0.29020.29020.29020.29020.2902Wto,kg63993645866452464530645303.3初步重量估計飛機(jī)起飛重量的估算方法飛機(jī)相對重量因素統(tǒng)計表39飛機(jī)種類空機(jī)燃油