第三章-总体布局设计总结

1.飞机型式选择的主要工作

（1）总体配平型式的选择

（2）机翼外形和机翼机身的相对互置

（3）尾翼的数目、外形及机翼机身的相互位置

（4）机身形状，包括座舱、使用开口及武器布置等

（5）发动机和进气道的数目和安装位置，包括燃油的大致装载位置等

（6）起落架的类别，型式和收放位置

2.飞机配平型式的选择

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

*多数飞机采用正常式布局，主要是因为正常式飞机布局积累的知识和设计经验比较丰富。

*飞机正常飞行时，保证飞机各部分的合力通过飞机的重心，保持稳定的运动。*正常式布局的水平尾翼一般提供向下的负升力，为了保证飞机的静稳定性，飞机机翼的迎角大于尾翼的迎角。

鸭式布局：水平尾翼位于机翼之前

*鸭式布局是飞机最早采用的布局型式，莱特兄弟设计的飞机就是鸭式布局，但是由于鸭翼提供的不稳定的俯仰力矩造成鸭式飞机发展缓慢。

*优点：随着主动控制技术的发展，鸭式布局技术日趋成熟，鸭式飞机在中、大迎角飞行时，如果采用近距耦合鸭翼型式，前翼和机翼前缘同时产生脱体涡，两者相互干扰，使涡系更稳定，产生很高的涡升力。

*鸭式布局的难点是鸭翼位置的选择和大迎角时俯仰力矩上仰的问题。由于鸭翼位于飞机的重心之前，俯仰力矩在大迎角的情况下提供较大的抬头力矩（上仰力矩），不能够稳定的飞行，因此必须提供足够的低头力矩来平衡之

弥补，改进：在后机身加边条（X-29）

限制放宽静稳定余度

采用发动机推力矢量技术等

无尾布局：只有一对机翼，没有平尾或鸭翼

*无尾布局飞机一般采用大后掠角的三角形机翼，用机翼后缘的襟副翼作为纵向配平的操作面。

*不足：无尾飞机配平时，襟副翼的升力方向向下，引起升力损失，同时力臂较短，效率不高。飞机起飞时，需要较大的升力，为此必须将襟副翼向下偏，这样会引起较大的低头力矩，为了配平低头力矩襟副翼又需上偏，造成操纵困难，配平阻力增加。

*纠正：无尾式布局的飞机通常采用扭转机翼的办法，保证飞机的零升力矩系数大于零，这样可以有效的降低飞机飞行时的配平阻力。

*优势：无尾式布局同正常式布局飞机相比有如下的优点

飞机结构重量轻

隐身特性好

气动阻力较小

超音速阻力更小

三翼面布局：机翼前面有鸭翼，后面有平尾

*优点：在正常式布局的基础上增加了水平前翼构成的，它综合了正常式布局和鸭式布局的优点，有望得到更好的气动特性，特别是操纵和配平特性

*增加前翼可以使全机气动载荷分布更为合理，减轻机翼上的气动载荷，有效的减轻机翼的结构重量；

*前翼和机翼的襟副翼，水平尾翼一起构成飞机的操纵控制面，保证飞机大迎角的情况下有足够的恢复力矩，允许有更大的重心移动的范围；

*前翼的脱体涡提供非线性升力，提高全机最大升力。

*缺点：由于增加前翼使得飞机的总重有所增加

其他

*翼身融合体（Blended Wing Body, BWB ）

机翼与机身高度融合

气动效率较高，但因其无垂尾，对操稳控制系统的要求也较高

*支撑机翼（Strut-Braced Wing ）

在常规布局飞机机翼上增加一个支撑

可减小机翼弯矩，增大展弦比和升阻比，减轻重量

*联接机翼（Joined Wing ）

采用一副后掠翼一副前掠翼并在翼梢处相连

可增大展弦比和升阻比以及最大升力，减轻重量

3机翼主要参数选取

(1)展弦比

*展弦比越大，即翼展长，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

(2)后掠角

*增加后掠角，可以提高临界Ma数，延缓激波的产生，这是高亚音速飞机采用后掠角的根本原因。

*后掠角增加，可以降低气动阻力，但同时会使机翼结构重量增大，选择后掠角时应避开音速前缘，采用亚音速或超音速前缘

(3)根梢比

根梢比影响机翼的升力沿展向分布的规律，大部分低速平直机翼的根梢比在2~2.5，后掠机翼的根梢比多在2~6范围内

除三角翼外，一般根梢比小于5，以避免翼尖失速

(4)其他参数

扭转角

*机翼扭转可以防止翼尖失速，改善升力分布，减小升致阻力，改善巡航特性。*一般翼根、翼尖的相对扭转角为±3°左右。

安装角－机翼相对于机身的偏角

*工程上常常给出翼根和翼尖处的安装角，并将两者之间的差值定义为扭转

*对多数初始设计，可假定通用航空飞机和自制飞机的安装角约2 °，运输机约1 °，军用飞机约为零度

上（下）反角

*上反角可提供横向安定效应，下反角减少横向安定效应

*对于后掠机翼，为防止过大的横向安定性，大后掠时一般选1°～2°下反角。粗略地说，10 °的后掠角可提供大约1 °的有效上反

4.机翼相对机身的垂直位置

*三种形式：上单翼、中单翼、下单翼

*应用：一般来说，轻型飞机采用下单翼，军用战斗机采用中单翼，军用运输机采用上单翼，旅客机采用下单翼

5.边条

*“边条”是前缘尖锐，后掠角很大（达60°以上）的涡流控制面

*边条翼在大迎角飞行时产生脱体涡，本身具有涡升力，同时还控制和改善机翼的外翼气流分离，提高机翼的升力

*边条的涡升力容易引起俯仰力矩发生上仰。随着主动控制技术的发展，采用放宽静稳定性的办法可以有效解决纵向力矩不稳定的问题。

6.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。*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。

7.典型的剖面

（1）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

（2）多圆剖面

—由多段圆弧和与其相协调的光滑过渡曲线组成

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

8.民机机身剖面设计中的主要参数

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