民用飞机气动布局形式的历史演变与未来展望
未来民用飞机的发展与展望讲解
未来民用飞机的发展与展望民用飞机是一种面向全球竞争的商品，是现代科学技术的高度集成。
民用飞机科学技术是一个国家科学技术水平和工业发展水平的直接体现，也是一个国家参与全球经济合作加速进入世界科技大国的重要力量。
进入21世纪以来，随着我国经济技术的快速发展，党和国家充分认清发展民用飞机对于转变经济增长方式、带动科学技术发展、增强国家综合实力和国际竞争力的重大意义，把发展大型飞机列入重要议事日程，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》把发展大型飞机作十六个重大专项之一，将大型民用飞机纳入国家战略新兴产业发展重点之一。
从市场发展前景看来，伴随着航空技术的进步和运输组织管理及服务水平的提高，特别是大型民用运输机出现后，世界民航业一直处于快速增长状态。
到目前，全球形成了以北美、欧洲和亚太地区为主的三大航空市场，共占全球市场份额接近90％。
从上个世纪80年代以来，受经济全球化、发达国家放松航空管制以及向后工业化转变等一系列因素的影响驱动，世界民航业呈现出一些值得关注的重要特征和趋势，使得发展格局和利益获取已经和正在发生着深刻变化。
近十多年来，高新科技的研制和应用正在并将进一步提升民用航空的安全水平，促进民用航空持续快速发展。
一是发展了超大型飞机制造技术。
2008年已投入运营的载客量最大的空中客车A380飞机，合理采用了碳纤维等新材料和新型发动机等高新技术，飞机的安全性和舒适度得到大幅提高。
波音公司正在制造的7E7将第一次实现中型飞机尺寸与大型飞机航程的结合，具有较高燃油效率，出色的环保性能。
二是在空中交通管理领域广泛应用现代通信、卫星、自动化和计算机技术，展开了以星基导航为主导的空管技术革命。
三是兴起了绿色化的航空运输革命。
从改善飞机空气动力、提高发动机燃油性能、研制新一代聚合物和复合材料等方面降低航空运输对环境的污染。
就我国民用飞机发展看来按照通常定义，飞机主要可分为飞机机体、发动机及机载设备三大部分。
气动布局技术在飞翼式飞机设计中的应用
气动布局技术在飞翼式飞机设计中的应用随着科技的不断进步和发展，航空工业也在快速发展中不断创新，不断推陈出新。
其中，飞翼式飞机的应用越来越受到人们的关注和青睐。
飞翼式飞机不仅可以提高飞机的飞行效率，降低能耗，还可以提高安全性能。
在现代飞翼式飞机中，气动布局技术是至关重要的一项技术，它能够帮助飞机实现更好的飞行性能和安全性能，大大推动了飞机的发展。
一、飞翼式飞机的优越性能飞翼式飞机是无尾翼、机身与机翼形成一个整体的飞机，而传统的飞机则是由机身和机翼两部分组成。
飞翼式飞机采用了翼身一体的设计，可以减少空气阻力，降低气动噪声，提高飞行效率。
与传统的飞机相比，飞翼式飞机的设计更加紧凑，在同等长度的情况下，它的机翼比传统的机翼更加宽广，起降距离更短，可以适应更多的起降场。
此外，飞翼式飞机的机身比传统的飞机宽，可以容纳更多的乘客和货物，扩大了使用范围。
同时，由于整个机身和机翼都是一个整体，因此在面对一些机件故障时，飞翼式飞机的表现更可靠，飞行更加安全。
二、气动布局技术的应用在飞翼式飞机的设计中，气动布局技术是非常重要的。
气动布局技术可以通过对飞机的外形进行优化设计，实现更优秀的飞行性能和安全性能。
其中，气动布局技术包括飞机机体的形状、机翼的布局和飞机的气动特性等方面。
下面，我们来分别探讨一下。
1. 机体的形状设计飞机的机身形状是影响飞机飞行性能和安全性能的关键因素之一。
气动布局技术可以通过机体的形状设计，对气动外形进行优化，减少空气阻力，提高飞机的飞行效率。
同时，在设计中还要考虑到飞机的姿态控制，内部空间利用等因素，以提高机身的合理性。
2. 机翼的布局优化机翼是飞机的关键部件之一，不仅要有高的升力系数，还要有较低的阻力系数。
气动布局技术在飞翼式飞机的机翼设计中更是起到了决定性的作用。
可以通过改变翼的弯曲形状、尺寸，以及翼面的气动布局等因素，来实现机翼的优化设计，提高升力系数、减小阻力系数、减少失速现象，更好的抵御各种外部环境因素。
现代飞机常见气动外形特点及发展
摘要我们看到任何一架飞机，首先注意到的就是气动布局。
飞机外形构造和大部件的布局与飞机的动态特性及所受到的空气动力密切相关。
关系到飞机的飞行特征及性能。
故将飞机外部总体形态布局与位置安排称作气动布局。
简单地说，气动布局就是指飞机的各翼面，如主翼、尾翼等是如何放置的，气动布局主要决定飞机的机动性，至于发动机、座舱以及武器等放在哪里的问题，则笼统地称为飞机的总体布局。
飞机的设计任务不同，机动性要求也不一样，这必然导致气动布局形态各异。
现代作战飞机的气动外形有很多种，平直机翼布局、后掠翼布局、变后掠翼布局、无尾翼布局、鸭式布局、三翼面布局、前掠翼布局等。
而以巡航姿态为主的运输机等大型飞机，其气动布局就相对比较单一，主要以常规布局为主关键词：翼型；尾翼；气动外形；空气动力目录引言 (1)一、现代飞机常见气动外形 (2)（一）作战飞机气动外形 (2)（二）非作战飞机气动外形 (7)二、国内飞机常见气动外形 (7)（一）作战飞机气动外形 (7)（二）非作战飞机气动外形 (9)三、飞机气动外形发展 (11)（一）作战飞机气动外形的发展 (11)（二）非作战飞机气动外形的发展 (11)四、我国大飞机气动布局设计的发展建议 (15)致谢 (17)参考文献 (18)引言自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，航空科技一直伴随着科技革命的推进迅速发展，由于该行业属于技术密集型，因此也使得航空科技一直云集着该时代最先进的科技成果，和众多的行业精英。
因此航空技术往往代表着一个时代的科技水平，也促进和引领着科技进步。
而一个时代的航空科技水平则主要体现在该时期的航空器上，飞机作为数量最多、最为常见的航空器，当然代表着一个时代航空科技的水平。
而一个时代飞机的技术水准，则直观的体现在飞机的气动外形上。
从飞机的气动外形我们就可以看出：这个时代航空科技的总体水平，这个时代的设计理念，甚至这个时代的军事政治战略格局等等。
因此，研究飞机的气动外形及其发展，对于我们学习航空科技进而了解世界科技、历史、军事、政治等方面知识有着深远的意义。
未来航空器的设计理念与趋势
未来航空器的设计理念与趋势在科技飞速发展的时代，航空器的设计也在不断演进和创新。
从早期的简单飞行器到如今的先进喷气式客机和高性能战斗机，航空器的发展历程令人惊叹。
而展望未来，航空器的设计理念和趋势更是充满了无限的可能性和挑战。
未来航空器设计的一个重要理念是绿色环保。
随着全球对环境保护的重视日益增强，航空业也面临着减少碳排放的巨大压力。
为了实现这一目标，设计师们将致力于开发更高效的发动机技术。
传统的燃油发动机将逐渐被电动或混合动力系统所取代。
电动发动机具有零排放的优势，而混合动力系统则可以在不同的飞行阶段灵活切换动力来源，以达到最佳的燃油效率和减排效果。
此外，新型的航空燃料也在研发之中。
例如，生物燃料因其可持续性和低碳排放的特点，有望在未来成为航空燃料的重要组成部分。
通过利用植物废料和藻类等可再生资源生产的生物燃料，可以显著降低航空器的碳足迹。
智能化也是未来航空器设计的关键理念之一。
随着人工智能和自动化技术的不断进步，航空器将具备更高的自主飞行能力。
自动驾驶系统将能够更加精确地控制飞行姿态、航线规划和应对突发情况。
这不仅可以提高飞行的安全性和可靠性，还能减轻飞行员的工作负担，使他们能够更加专注于复杂的任务和决策。
在智能化的设计中，航空器的感知能力也将得到大幅提升。
先进的传感器和监测系统将实时收集飞机的各种数据，包括飞行状态、气象条件、机械状况等。
通过对这些数据的分析和处理，飞机能够提前预测潜在的故障和风险，并及时采取措施进行修复和防范。
材料科学的进步也将为未来航空器的设计带来重大变革。
高强度、轻质的复合材料将被更广泛地应用于飞机的结构制造。
这些材料不仅能够减轻飞机的重量，提高燃油效率，还能增强飞机的结构强度和耐久性。
例如，碳纤维复合材料已经在现代航空器中得到了一定的应用，未来其性能还将不断优化和提升。
另外，形状记忆合金和智能材料的出现也为航空器的设计提供了新的思路。
形状记忆合金能够在特定的条件下恢复到预设的形状，这使得飞机的部件可以根据不同的飞行条件进行自适应调整，从而优化飞机的气动性能。
飞机气动布局优化技术研究
飞机气动布局优化技术研究近年来，随着航空业的发展，飞机设计的重要性越来越凸显出来。
在飞机设计的过程中，一个关键的点就是如何优化飞机的气动布局，以提高飞机的性能。
本文将探讨飞机气动布局优化技术的研究进展和未来发展趋势。
一、飞机气动布局优化技术概述飞机气动布局优化技术指的是利用计算机仿真技术对飞机的气动布局进行优化，以获得更好的飞行性能。
其核心是通过数值计算的方法来预测空气流动情况，从而优化翼型、机翼展弦比、机身形状等关键气动参数，达到提高飞机性能的目的。
目前，飞机气动布局优化技术已经成为飞机设计中的重要工具。
通过该技术，需要设计者可以在设计之前进行更精确的预测，避免了试验带来的高成本和高风险，同时还能够快速反馈设计优化结果，大大提高了设计效率。
二、飞机气动布局优化技术的研究进展1. 气动布局优化的数值方法在飞机设计中，有两种主要的气动布局优化方法：一种是基于经验和试验数据的方法，比如说基于飞机模型试验和飞行数据的方法，这种方法可以提供可靠的数据前提，但是测试过程成本高、周期长，且在设计早期需要考虑很多未知参数；另一种是基于数值仿真的方法，通过计算机仿真技术对复杂气动流进行模拟，能够以较低成本快速获得飞机气动布局优化结果，这种方法在近年来得到了飞速发展。
目前，数值方法主要有三种：CFD、VSAERO、RBF，其中CFD是当今最为流行和应用广泛的方法，其原理是通过分离计算区域，对流体流动问题建立数学模型，再应用基本物理学原理，求解问题数值解的方法。
2. 气动布局优化的关键参数气动布局优化涉及到很多关键参数，如机翼的展弦比、后缘的形状、进气道的位置和大小、机身剖面等。
同时，控制飞行器的流场分布位置、压力、重心、推力这些气动参数是优化的关键目标，其次是整个飞机的性能如滑行、爬升、减阻等。
3. 气动布局优化的自动化近年来，随着人工智能技术的飞速发展，飞机气动布局的优化不再需要人工进行大量计算、分析和试验，而是可以利用自动化技术来解决。
战斗机气动布局设计
提纲
一、气动布局定义
二、气动布局形式分类
三、常规布局 四、鸭式布局 五、无尾布局 六、三翼面布局 七、飞翼布局 八、气动布局的发展趋势
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一、气动布局定义
飞机在空气中飞行，依靠与空气相对运动产生的空气动 力。因此，与空气发生相互作用的机体外形——我们称 之为飞机气动布局，成为飞机飞行研究的关键。 气动布局：指飞机外形构造和大部件的布置形式，包括 机翼、机身、进气道等与空气动力直接相关的部件的 形状和位置。一般用飞机外形几何参数来具体定义气 动布局。
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七、飞翼布局
早在二战期间，美国和德国就开始研究这种布局的飞
机。现代采用飞翼布局最成功的是美国 B －2隐型轰炸 机。
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七、飞翼布局
优点是气动力效率高、升阻比大；雷达反射截面积小，
隐身性能好。
缺点与无尾布局相同，另外还须解决没有垂直尾翼带
来的航向稳定性和控制问题。
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七、飞翼布局
按有无垂尾划分：有尾布局，飞翼布局；
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二、气动布局形式分类
按水平翼面数划分：有单翼面无尾布局，双翼面布局，
三翼面布局；
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二、气动布局形式分类
按形状划分：梯形翼、三角翼、边条翼布局；
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二、气动布局形式分类
按进气道形式划分：头部进气，腹部进气，背部进气，
两侧进气，肋下进气等。
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二、气动布局形式分类
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六、三翼面布局
在常规布局飞机的机翼前增加一付鸭翼的布局称为
“三翼面布局”。
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六、三翼面布局
三翼面布局集合了常规布局和鸭式布局的优点，提高
了飞机的机动性。缺点是增加了一付翼面，带来阻力、 重量和驱动装置增加。
新型飞行器的气动布局优化研究
新型飞行器的气动布局优化研究在现代航空航天领域，新型飞行器的研发始终是科技进步的重要驱动力。
其中，气动布局的优化是提升飞行器性能的关键环节之一。
气动布局直接影响着飞行器的飞行速度、稳定性、操控性以及燃油效率等重要指标。
因此，对新型飞行器的气动布局进行深入研究和优化具有极其重要的意义。
飞行器在空气中飞行时，会与周围的气流相互作用。
良好的气动布局能够有效地减少空气阻力，提高升力，从而使飞行器更加高效地飞行。
例如，飞机的机翼形状、机身流线型设计等都是为了实现更好的气动性能。
而对于新型飞行器来说，由于其设计目标和应用场景的不同，往往需要独特的气动布局来满足特定的需求。
在进行气动布局优化时，首先要考虑的是飞行器的任务需求。
是追求高速飞行、长航程，还是需要具备良好的机动性和短距起降能力？不同的任务需求决定了气动布局的基本方向。
比如，战斗机通常需要强调机动性和高速性能，因此其气动布局会采用更加复杂的机翼形状和可动控制面；而客机则更注重燃油效率和舒适性，其机身设计会更加注重流线型和减少阻力。
计算流体力学（CFD）是目前在气动布局优化中广泛应用的工具之一。
通过建立飞行器的数学模型，并在计算机上模拟气流在其表面的流动情况，可以快速评估不同布局方案的性能。
CFD 能够提供详细的流场信息，如压力分布、速度矢量等，帮助设计师深入了解飞行器的气动特性。
然而，CFD 模拟也存在一定的局限性，例如计算精度和计算时间的平衡，以及对复杂流动现象的准确模拟等问题。
风洞试验也是气动布局研究中不可或缺的手段。
将模型放入风洞中，通过测量不同风速下的气动力参数，可以直观地了解飞行器的气动性能。
风洞试验的结果通常较为准确可靠，但成本较高，而且试验条件的限制可能无法完全模拟真实飞行中的复杂情况。
除了传统的设计方法和试验手段，近年来随着人工智能和优化算法的发展，也为气动布局优化带来了新的思路。
例如，遗传算法、粒子群优化算法等可以在大量的设计变量中自动搜索最优解，大大提高了设计效率。
未来大型客机气动布局设计.
未来大型客机气动布局设计我国C919大型客机项目于2009年通过了工业和信息化部组织的专家评审，顺利进入总体设计阶段，主要部件和系统的供应商已基本确定，并采取合资、联合研发与研制、设计要求是飞机设计的依据，现代客机设计要求主要包括飞机性能、安全性、可靠性和维护性、机载系统性能等内容，还要满足民航当局的适航管理条例要求。
转包生产等形式与供应商合作，以期实现飞机零部件生产的本土化以及降低飞机的直接使用成本。
本文将以未来大型客机为背景，重点探讨气动布局设计问题，提出我国今后民用客机布局设计技术发展的建议。
未来大型客机设计要求设计要求是飞机设计的依据，现代客机设计要求主要包括飞机性能、安全性、可靠性和维护性、机载系统性能等内容，还要满足民航当局的适航管理条例要求。
比如，空客公司A380主要采用增加座位的技术途径达到客公里成本降低10%以上的设计目标；波音公司787综合使用复合材料、高效发动机、健康监测、先进制造工艺等技术，满足了降低20%燃油消耗的设计要求，同时改善了飞机的舒适性和可维护性；我国C919的设计目标是在性能指标与现役同级别先进客机相当的前提下，直接使用成本同比降低10%。
安全性、经济性、环保型和舒适性仍然是下一代大型客机发展的主要设计要求，也是客机的评价准则体系。
波音公司将重点从气动、推进、材料和系统技术入手，力图从提高推进系统可靠度、材料、电击保护、结构和系统健康监测等方面增强飞机安全性，从减少耗油率和维护费用、减轻材料和结构重量、降低制造成本等方面提高飞机的经济性，从降低推进系统噪声、减少排放物污染、能源优化等方面加强环境保护；从降噪和人性化客舱设计等方面提高乘坐的舒适性。
空客公司也提出了下一代民机发展的战略目标，明确了更安全、更经济、更环保和更舒适的设计思想。
针对未来航空环境，美国航空航天局(NASA)于2008年10月请求工业界部门和学术单位对满足2030年代能源效率、环境和运营目标要求的未来商用飞机的先进概念进行研究，即N+3代客机计划，也就是在20~25年之后投入使用、比现役客机先进三代的飞机。
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1.2 气动布局——机翼数量演变
双翼布局的优点与不足
✓ 气动干扰，由于下翼的上表面的高速气流与上翼下 表面的低速气流相互抵消，导致上下机翼的升力总 和远小于一层机翼的两倍，而阻力却大于一层机翼 的两倍
✓ 结构复杂，给制造带来很大困难 ✓ 发动机功率不足，无法获得更高的升力，不能在更
高的空中飞行 ✓ 机翼结构的更加平稳，使它在农业喷洒农药和飞行
按尾翼分：
垂尾：单垂尾布局、双垂尾布局 平尾：低平尾布局、高平尾布局
按起落架分：
数量：双起落架布局、三点起落架布局 接地点位置：前三点布局、后三点布局
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1.1 背景知识
飞机气动布局定义
飞机机翼、机身、尾翼、发动机及起落架等主要部件尺寸、形状、数量及其相互 位置分布
按机翼分：
数量：单翼布局、双翼布局 位置：上翼布局、中翼布局、下翼布局 形状：平直翼布局、后掠翼布局、前掠翼布局
按发动机分：
数量：单发布局、双发布局、四发布局 位置：翼吊布局、尾吊布局、翼根布局 类型：螺旋桨布局、涡喷布局、涡扇布局
表演领域大展身手，也可以改装为无人货机。右图 为顺丰用运5B运输机改装的货运无人机
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1.2 气动布局——机翼数量演变
双翼机三种典型气动布局
重叠双翼布局
最初的双翼机，上下翼面的正投 影是重叠的，这是由于通过支柱 和张线，上下翼面可以形成一个 盒式结构，增大机翼的抗扭强度
负交错双翼布局
上翼在后叫负交错，比奇17双翼机 是第一款应用交错式双翼结构的飞 机，两对机翼不像普通飞机那样垂 直固定，而是下翼在前，上翼在后
民用飞机气动布局形式的 历史演变与未来展望
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Байду номын сангаас
1.1 背景知识
飞机气动布局的重大价值
✓ 气动布局与飞机的动态特性及所受到的空气动力密切相关，关系到飞机的飞行 特征及性能
✓ 气动布局形式的选择决定了飞机维修运营成本的高低 ✓ 商用飞机的发展史，很大程度上是飞机气动布局的演变史
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目录
1 气动布局的演变 2 新概念气动布局
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1.2 气动布局——机翼数量演变
双翼机时代
✓ 飞机以双翼机的气动布局形式诞生，莱特兄弟 制造的“飞行者”一号是双翼机，它的两个推 进式螺旋桨分别安装在驾驶员位置的两侧
✓ 当时发动机功率低、重量大，建造机体的材料 大多是木材和蒙布。为在低速条件下产生足够 的升力，需要较大面积的机翼
✓ 1914年1月1日，世界上首个固定翼飞机商业航 线在美国佛罗里达州的圣彼得斯堡市——坦帕 市开通，使用的是BENOIST XIV水上飞机
✓ 1920年5月17日，荷航飞行员Jerry Shaw驾驶 一架DH-16飞机从伦敦飞往阿姆斯特丹，完成 荷航首个商业航班
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正交错双翼布局
上翼在前叫正交错，气动效率，最大 升力，飞行员视野和上下飞机方便， 大多数双翼机都采用正交错设计
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