飞行器设计作业

飞行器设计与仿真实现总结

经过这学期对飞行器设计与仿真实现的学习，我受益良多，在老师的风趣教导下，对这门课程有了比较深入的了解，虽然以后可能不会从事相关的工作，但是，这门课程开拓了我的眼界，让我有了与以前学习书本知识不同的体验，下面，具体说说我这学期的学习。

我学习的过程

在本学期的飞行器设计与仿真课程中，我们先是通过老师的讲解了解了AAA2.5这个设计软件，并且了解了关于飞行器设计的大致流程和一些参数的配置，了解了当今中国的飞行器发展现况。然后通过自己的实践，比较直观的感受到了AAA2.5的使用，并针对专门模块进行了分析。

我学会了什么

1.初步了解并掌握了AAA

2.5的使用

启动后看到一堆按钮，依次是：重量、气动、性能、几何外形、动力、操稳与控制、动力学、载荷、结构、费用。在进行飞行器的设计中首先需要确定飞行器的参数，因为每个飞行器的设计是来源于市场分析或者战场分析，有他们的典型任务。因此就需要把任务结构进行剖分，估算飞行器的起飞重量、空重、燃油重量等参数。

然后根据估算出的数据对各个段的参数进行修改，在此之后便是对飞行器的布局外形进行设计。

2. 熟悉了当今中国飞行器的发展状况

当今中国的飞行器设计水平在近几年取得了比较长足的发展，但是无论军用还是民用较之西方国家来讲都是差距甚大的。所以仍需大量的努力。

对我国飞行器发展前景的展望

当今中国无论是飞行器本身，还是与飞行器相关的一些领域都有了比较大的进步，比如材料、电子、通信等等。在军用方面我国已经掌握了三代机或者是三代半机的技术，比如歼10，以及成飞正在研究中的歼20，沈飞正在研究的歼31，都已经属于最新标准中的五代机范畴了，所以对于军用飞机来说，已经是属于世界领先水平了。而民用飞机方面一直比较落后，大型客机也尚在研制的过程中。但是终有一天我国会拥有自己大型客机产线。目前看来，我国航空器的发展尚属乐观，前景广阔，希望与压力并肩。

飞行器设计分析和仿真实现课程实验报告

一、实验内容

1)了解飞行器鸭翼布局性能；

2)了解鸭翼布局的发展近况；

3)以歼二十为例，并使用Advanced Aircraft Analysis2.5进行鸭翼布局设计。

二、实验原理

1．鸭式布局

鸭式布局，是一种十分适合于超音速空战的气动布局。将水平尾翼移到主翼之前的机头两侧，可以用较小的翼面来达到同样的操纵效能，前翼和机翼可以同时产生升力，而不像水平尾翼那样，平衡俯仰力矩多数情况下会产生负升力。早期的鸭式布局飞起来像一只鸭子，“鸭式布局”由此得名。

鸭式布局利用了前翼涡流对主翼面流场的有利干扰，大大增强了飞机大迎角的气动特性和改善了飞机的升阻比特性，使飞机具有优越的机动性能、操纵性能和短距起降能力，是典型的对涡升力利用，从而一直受到了飞机设计人员的青睐。

鸭式布局分为近耦合鸭式布局和远距鸭式布局：

1.近耦合鸭式布局前后翼距离很近。这种布局利用前翼的脱体涡流扫过机翼产生

的有利干扰，延迟了机翼失速，可获得较大的大迎角升力，为飞机提供过失速飞行状态时的稳定度。机翼能产生接近椭圆的展向压力分布，从而减小了飞行阻力。适宜于和三角翼的机翼匹配，可减小起飞、着陆距离，增加机动能力，减小飞机总体尺寸、减轻重量和降低成本；前翼是很有效的操纵面，适合放宽静稳定度技术的采用。

2.远距鸭式布局：在这种布局中，前翼本身产生升力的同时，前翼的翼尖涡与机

翼气流也会产生一定有利的气动干扰，在机翼上表面的一定区域内形成吸力，使飞机的总升力大于单独机翼和单独前翼升力之和，而且使机翼的气动载荷向内侧移动，减小机翼弯矩，从而可以减轻飞机的重量。前翼使飞机的升力作用点在重心之前，飞机有一个抬头趋势，提高了飞机的爬升能力，前翼还增加了飞机纵向操纵的灵敏度，从而提高了飞机的敏捷性。

后者比起前者，前翼离机翼的距离更远，机翼间相互的干扰更小，各翼面参数的匹配也要相对容易，并且飞机在超声速飞行时，远距耦合鸭式布局比常规布局的飞机有更小的配平阻力，从而提高了飞机的超声速稳定盘旋能力。后者比起前者的缺点：飞机长度可能会加大，使飞机的重心和气动中心的位置变化相对较为敏感，增加了对飞机操纵性的难度。

不管是远距还是远距的耦合鸭式布局，增加一对前翼都会对飞机的总体设计增加不同程度的复杂性，特别是对飞机的大迎角特性，要解决好并非易事，技术上的风险相对较大。并且鸭式布局的雷达反射率很大，前翼对飞机的隐身设计是一个较大的累赘。2．鸭翼布局发展近况

鸭式布局发展契机源于喷气式超音速战斗机的技术发展。战斗机在亚音速和超音速的飞行状态有着比较大的区别。最显著的就是随着飞机速度的增加，飞机的气动焦点会逐渐后移。常规布局的“压尾”和鸭式布局的“抬头”，两个看似简单的超音速配平手段却导致了整机升力特性的不同，导致鸭式布局对于超音速飞机的诱惑越来越大。

20世纪60年代中期，瑞典的Behrbohm教授发现了鸭翼气动布局的近距离耦合原理，该原理堪称鸭式布局发展史上最具有转折性的一笔。根据该原理，为鸭翼和主翼选取适当的参数，鸭翼和主翼都会产生脱体涡，而鸭翼涡和主翼涡能够形成有利干扰，导致飞机的升力系数、升阻比明显增加并且还扩大了飞机的失速迎角。鸭翼布局最诱人的闪光点被埋藏了六十年时间才终于被人类所发现。

瑞典人决定开始设计一型真正的鸭式超音速喷气战斗机了，最终的成品就是萨博37“雷”。萨博37采用了单发单垂尾、两侧进气、带有襟翼的大后掠角固定三角鸭翼和小展弦比三角主翼的气动布局。既然鸭翼难以控制而且对于主翼有不良干扰，但是涡升力潜力巨大，那索性就把鸭翼做成固定形式充当涡流发生器好了。瑞典人采用扬长避短的方法，开创了固定鸭式气动布局的先河。

随着萨博37在近距离耦合技术的突破，法国的幻影3NG、幻影4000、以色列的幼师-C2战斗机都采用了类似的气动布局。不过这些机型的鸭翼面积相比于萨博37和歼九明显较小，基本类似于一个固定涡流发生器，超音速配平能力体现的并不是很充分。这是由于当时的控制手段还只能暂时利用鸭式气动布局在涡升力方面的性能优势，而在俯仰控制、超音速配平等方面的优点由于复杂的飞控“门槛”导致还不能被完全开发。固定鸭式布局飞机已经初步采用了脱体涡流型进行气动设计，无疑这是一个巨大的进步。

萨博37等固定鸭式布局飞机相对于全动鸭式布局飞机来说，依然属于过渡机种，其任务特性是在兼顾二代战斗机高空高速性能特点基础上，改良飞机的升力特性。进入二十世纪九十年代，以色列的LAVI战斗机，又称“狮”式战斗机，是以色列和美国联合出资研制的轻型战斗机，主要任务为具备较强对地攻击能力和拦射能力的多用途战斗机。

在鸭式布局设计上，法国人体现出了足够的创新精神。我国研制的歼十采用了机腹进气、大后掠角鸭翼、大后掠角三角主翼和单垂尾的气动布局。歼十的鸭翼与主翼距离在这几种鸭式布局飞机中处于中档位置，能够很好的兼顾超音速拦射和中低空格斗性能。歼十的主翼采用大后掠角三角翼，后缘前掠照顾襟翼的配平力矩，同时主翼有明显的气动扭转来降低涡流带来的诱导阻力。这样的设计虽然看似平平，但是确实全动鸭式布局最典型的设计。

三、 实验仿真 使用Advanced Aircraft Analysis2.5软件，以歼二十的鸭翼形状进行模仿设计。软件中对鸭翼布局设计分为五种步，分别是直锥Straight Tapered ；曲轴设计Cranked ；体积系数设计Volume Coefficient ；鸭翼副翼Canardvator ；弦长设计Chord Length 。

1．直锥设计Straight Tapered

直锥设计有4种参数组的选择输入，这里我们选第一组输入，输入参数包括鸭翼跨度c b ，鸭翼根部弦长c t c ，翼梢弦长c r c 和鸭翼的四分一弦扫掠角c 4/c （如下图）。

自行设定输入参数进行仿真，得出仿真结果如下图。

2．曲轴设计Cranked 曲轴设计需要几个参数：鸭翼跨度c b ，鸭翼入射角c i 和鸭翼端四分之一弦点z 坐标c

4/c t Z ，另外还需要板根弦长度r c ，面板叶尖弦长t c ，从机身中线到板根弦的y 距离r Y ，根弦的前缘面板的z 坐标r Z ，根弦前缘横坐标r X ，面板梢弦前缘横坐标t X ，尖端扭角t (如下图)。

自行设定输入参数进行仿真，得出仿真结果如下图。

3．体积系数设计Volume Coefficient

体积系数设计Volume Coefficient 需要几个参数：高度Altitude ，机翼面积r S 和鸭翼端四分之一弦点z 坐标c 4/c t Z ，鸭翼面积比AR C ，鸭翼的横座标c apex X ，稳态飞行速度t U ，机翼面积比AR W ，机翼的横座标w apex X ，鸭式布局锥度c λ，温度增量T ?，机翼锥度w λ，

鸭翼面积c S 飞机的地心引力中心坐标cg X (如下图)。

自行设定输入参数进行仿真，得出仿真结果如下图。

4．鸭翼副翼

鸭翼副翼在之前的参数基础上还需要输入参数：鸭翼副翼内侧长度cv i f C 和外侧长度cv o f C ，鸭翼副翼内侧弦长度cv i b C 和外侧长度cv

o b C ，副翼内侧长度所占的比例cv i η和副翼外

侧长度所占的比例cv o （如下图）。

自行设定输入参数进行仿真，得出仿真结果如下图。