飞机总体设计

• 优点：空间能够得到充分利用，适合于直径较小的飞 机或具有多层客舱的大型飞机 • 缺点：结构设计及加工性能不如圆形剖面好，生产成 本较高
13
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
典型的剖面
其他剖面 —适合于无法采用圆形或多圆剖面的情况，如机 身剖面尺寸较小时，为了满足使用要求而必须采 用其他类型的剖面
5.1 机身初始几何参数估计 5.2 民机客舱设计与布置 5.3 民机货舱布置 5.4 民机驾驶舱布置 5.5 作战飞机座舱布置 5.6 武器装载布置
2
本讲主要参考书目
顾诵芬, 解思适. 飞机总体设计. 北京航空航天大学出版社，2001.
Raymer, D. P. Aircraft Design: A Conceptual Approach, 3rd, 1999. （89年版的中译本：《现代飞机设计》,1992） 詹金森, L. R., 辛普金, P., 罗兹 D. （著）, 中国航 空研究院（译）. 民用喷气飞机设计. 2001 《飞机设计手册》总编委会. 飞机设计手册第7卷： 民机构型初步设计与推进系统一体化设计.2000
FAR-25对视界的要求 －A310
美国机动车工程师协会（SAE）推荐 的视界图（AS580B） －A320、Boeing767
32
5.4 民机驾驶舱布置 驾驶舱的尺寸与布置
33
5.4 民机驾驶舱布置
驾驶舱的尺寸与布置
A380座舱模型
34
5.5 作战飞机座舱布置
座舱视界要求
座舱视界关系着飞机的作战效能和安全 与飞机机头及两侧的外形、座舱盖形状、尺寸和 结构及翼面布置等因素有关
战斗机座舱在机身上的纵向定位主要取决于 下列几种因素
• • • • • 视界要求 座舱空间要求 气动外形要求 设备舱布置 人员及其他要求
38
5.5 作战飞机座舱布置
座舱定位
为减小座舱盖阻力，战斗机座舱盖与 机身外形融合的趋势愈加明显
39
5.5 作战飞机座舱布置
座舱几何尺寸
战斗机座舱几何尺寸主要取决于下列因素
44
5.6 武器装载布置 武器、弹药在飞机上的装载布置形式可分为
内挂式——武器舱 外挂式——机翼、机身下运载
武器舱可分为
炮舱——航炮及其弹药的装载舱 弹舱——炸弹、导弹装载舱
45
5.6 武器装载布置 现役的各种作战飞机武器的装载基本上仍采 用外挂方式 外挂方式可分为机身外挂、机翼外挂、翼尖 悬挂、保形运载、半埋式安装等
SEACD中生成的客舱剖面和舱段
25
5.2 民机客舱设计与布置－客舱长度
排距
每一座级的客座总 数除以每排座数得 到需要安装的座椅 平均排数 客舱长度与座椅 排距有关
座椅等级 豪华型 两排座椅纵向间距/mm* 980-1080
*纵向间距应为30mm的整数倍
26
普通型 840-870
经济型 780-810
民用旅客机的主要用途就是舒适而安全地 载运乘客完成他（她）们想要实现的旅行 ，客户对客舱内部装饰布置的评价要比对 飞机的其他特征仔细得多 以客舱的细节设计为起点，才能获得优良 的民机设计 民机客舱布置中需考虑的因素中，舒适性 占主要的地位
9
5.2 民机客舱设计与布置－乘客的优 选权 决定客舱舒适性的主要因素
10
5.2 民机客舱设计与布置－乘客的 优选权
机身剖面直接影响飞机的经济性和舒适性
较大的剖面可使飞机的座椅宽度及客舱过道宽度 增加，提高乘客的乘坐舒适性，但同时会带来飞 机重量和气动阻力的增加，从而导致飞机性能和 经济性变差 虽然较小的剖面对飞机的性能和经济性有利，但 却降低了乘客的乘坐舒适性，从而削弱了飞机的 市场竞争力
＊重要数据来源：Jane‘s All The World’s Aircraft
4
5.1 机身初始几何参数估计
机身长度与W0的关系
长度=AW0C (ft 或{m}) 通用航空飞机 —单发 通用航空飞机 —双发 农用飞机 双发涡轮螺旋 桨飞机 飞船 A 4.37{1.6} 0.86{0.366} 4.04{1.48} 0.37{0.169} 1.05{0.439} C 0.23 0.42 0.23 0.51 0.40 长度=AW0C (ft 或{m}) 喷气教练机 喷气战斗机 军用运输机/ 轰炸机 喷气运输机 A 0.79{0.333} 0.93{0.389} 0.23{0.104} 0.67{0.287} C 0.41 0.39 0.50 0.43
3
5.1 机身初始几何参数估计 对一定类型的飞机，机身尺寸的确定受到 严格的“现实条件限制（real-world constraints）”，如一旦知道了旅客人数 和剖面座位数，旅客机机身的长度和直径 也就基本确定了 在初始估计机身几何参数时，可以依据与 起飞总重W0(或称WTO) 之间的统计关系式
良好的外挂布局设计可以使上述缺点变小
14
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
舱位级别
I级 —豪华级（头等舱） II级 —普通级 （公务舱） III级 —经济级 （经济舱） 包机客舱
对一般民用飞机，经济舱占整个客舱的绝大 部分甚至全部，因此客舱剖面选取主要由经 济舱布置决定
15
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
Cross-Sectional Area, A/Am ax
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Axial Distance, x/l
Sear-Haack体积分布曲线
7 来源：Introduction to Aeronautics:A Design Perspective
46
5.6 武器装载布置
武器的外挂方式的优越性
有较大的空间、良好的使用维护性以及武器发射前易 于截获目标等
外挂武器的缺点
大量的外挂武器会产生很大的阻力，在近声速时它可 能比飞机本身的阻力还大，超声速飞行难以实现 某些机翼外挂物还会给飞机的气动弹性带来麻烦，引 起颤振或抖振 一些外挂武器承受不了超声速飞行时的气动加热 外挂物的存在也损坏了飞机的隐身性能
典型战斗机视界
串列双座飞机视界
35
5.ห้องสมุดไป่ตู้ 作战飞机座舱布置
座舱盖
一般分为活动座舱盖和固定前风挡两部分 新型战斗机多采用整体型风挡
36
5.5 作战飞机座舱布置 座舱盖
现代战斗机多采用圆弧形前风挡、气泡式活动座 舱盖 对地攻击机一般采用平板式前风挡，以便采用较 厚的防弹玻璃
37
5.5 作战飞机座舱布置 座舱定位
5.1 机身初始几何参数估计
面积律修形
典型翼身组合体的最大横截面积往往位于机翼中心附 近。在该处“压缩”机身，可使体积分布曲线光顺并 减小最大横截面积。 在机身中移走的体积应在其他地方补充，补充的方法 可以是加长机身，或者在其他地方增大机身横截面积
2
3
1
8
5.2 民机客舱设计与布置－乘客的 优选权
对新项目而言，决定客舱剖面形状和尺寸是 首先要进行的一项细节设计研究
11
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
典型的剖面
圆形剖面 —由一个完整的圆构成
• 优点：受力特性好，结构轻，易于加工，生产成本低 • 缺点：空间有效利用率低
12
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
典型的剖面
多圆剖面 —由多段圆弧和与其相协调的光滑过渡曲线组成
16
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
座椅选择
双联座 三联座
17
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
总座数与经济舱剖面每排座数的关系
18
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
过道数目与座椅布置形式
过道数目主要取决于每排座位数
• 每排不多于6个 －1条过道 • 每排7～12座 －2条过道 • 每排大于12座 －3条或3条以上
5.5 作战飞机座舱布置
座舱几何尺寸
典型战斗机座舱尺寸
战斗机座舱的前后气密框的间距一般在 1.55~1.65m之间 座舱处机身宽度一般在1.0~1.65m之间
42
5.5 作战飞机座舱布置 典型战斗机座舱
Su-27 F-22
台风
43
5.6 武器装载布置 将飞机作战用的武器、弹药装载到飞机上去 攻击目标，是飞机设计的重要任务之一
注意：教材P.38表3.1对应的应为英制！
5
5.1 机身初始几何参数估计
机身长细比＝机身长度／最大当量直径
机身内部体积一定，长细比为3.0左右亚音速 机身阻力最小，长细比为14左右的超音速机身 阻力最小 绝大多数的飞机机身的长细比在两者之间
6
5.1 机身初始几何参数估计 面积律修形
在跨音速及超音速飞行时，飞机的阻力主要来自波阻， 即由于产生激波而产生的压差阻力。 面积律是指为了使波阻最小，飞机所有部件的横截面 积叠在一起的分布应该相当与一个最小阻力的当量旋 成体（ “Sear-Haack” 体）横截面积的分布，或分布 曲线比较光滑而无不规则的变化。
23
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
行李架设计
典型上部行李架示例
剖面调整与最后成形
24
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
小结：民机机身剖面设计中的主要参数
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 剖面形状 座椅规格 过道数目及宽度 座椅布置形式 客舱地板结构高度 地板下货舱形式 扶手与侧壁间距 客舱装饰层厚度 机身框的结构高度 行李架设计
圆心位置可初步定在并排座 椅最大宽度的中心点（该点 一般位于扶手平面内）
21
5.2 民机客舱设计与布置－机身剖面
确定地板结构高度