1、航空宇航學院機身外形的初步設計航空宇航學院飛機總體設計框架設計要求 布局型式選擇布局型式選擇 主要參數計算主要參數計算 發動機選擇發動機選擇部件外形設計部件外形設計機身機身 機翼機翼 尾翼尾翼 起落架起落架 進氣道進氣道 三面圖三面圖部位安排圖部位安排圖結構布置圖結構布置圖 分析計算分析計算重量計算重量計算 氣動計算氣動計算性能計算性能計算 結構分析結構分析 是否滿足是否滿足設計要求？設計要求？最優最優？航空宇航學院內容提要 設計機身所考慮的主要因素設計機身所考慮的主要因素 機身外形的主要參數機身外形的主要參數 機身參數對氣動和結構的影響機身參數對氣動和結構的影響 機身外形主要參數的初步確定機

2、身外形主要參數的初步確定 機身外形的初步設計要點機身外形的初步設計要點 面積律面積律 機身外形初步設計的步驟機身外形初步設計的步驟 舉例航空宇航學院設計機身所考慮的主要因素設計機身所考慮的主要因素 裝載要求：裝載要求：有足夠大的內部容積有足夠大的內部容積 氣動要求：氣動要求：氣動阻力小氣動阻力小 結構要求：結構要求：有利于結構布置有利于結構布置 航空宇航學院機身外形的主要參數 描述方法之一： - 總長度：L身 - 最大橫截面積S：身 - 機身長徑比：身 = L身 / d身 max,4身身Sdd身是S身的當量直徑： - 頭部長徑比：頭 = L頭 / d頭- 尾部長徑比：尾 = L尾 / d尾 航

3、空宇航學院描述方法之二： - 最大直徑：最大直徑：df - 總長度總長度lf - lfc , fc 航空宇航學院機身參數對氣動和結構特性的影響機身參數對氣動和結構特性的影響 機身長徑比機身長徑比身對阻力的影響身對阻力的影響1）機身的壓差阻力和波阻，隨）機身的壓差阻力和波阻，隨 增大而降低。增大而降低。2）摩擦阻力隨）摩擦阻力隨 有可能增加。有可能增加。 航空宇航學院整個機身的阻力系數與整個機身的阻力系數與M數有關：數有關： M=0.6時，時， =3.5最有利最有利 M=0.9時，時， =6.5最有利最有利 對應一定對應一定M數，存在一個最有利的長徑比數，存在一個最有利的長徑比 fc的影響的影響

4、 1）fc變大：摩擦阻力小，型阻增大變大：摩擦阻力小，型阻增大，尾翼面積會增加；尾翼面積會增加； 2）fc變小：摩擦阻力增大，型阻小，尾翼面積減小變小：摩擦阻力增大，型阻小，尾翼面積減小； 3）fc的大小與著陸時著地角有關的大小與著陸時著地角有關 航空宇航學院機身外形參數的初步確定機身外形參數的初步確定 機身長徑比機身長徑比的選擇（參考統計數據）的選擇（參考統計數據） 長徑比長徑比低速低速M 0.7高亞音速高亞音速M （0.8 - 0.9）超音速超音速身身6 - 98 - 1310 -20頭頭1.2 - 2.01.7 - 2.54 - 6尾尾2 - 33 - 45 - 7航空宇航學院 df /

5、 lf ，lfc , fc 的選擇的選擇 機型機型lf / df lfc / df fc (deg)單發螺旋漿單發螺旋漿5 - 83 - 43 - 9雙發螺旋漿雙發螺旋漿3.6 - 82.6 - 46 - 13戰斗機戰斗機7 - 113 - 50 - 8噴氣旅客機噴氣旅客機噴氣公務機6.8 - 11.57 9.51.8 42.5 - 511 166 - 11航空宇航學院 最大橫截面積S身的確定 原則：按照機身內部裝載要求，由里向外方式確定S身 對于戰斗機：h 5 cm 小型民用機: h 3.8 cm 噴氣旅客機: h 0.02df + 2.54 （cm)h航空宇航學院機身外形的初步設計機身外形

6、的初步設計 控制截面的確定 - 按內部裝載的要求定出各個橫截面 - 截面形狀盡量設計成圓形 表面面積小，有利于減少摩擦阻力； 對于氣密艙，有利于承受內壓； - 不能采用圓形時，由圓弧組成 - 低速輕型飛機，主要考慮裝載要求，常采用非圓形截面。航空宇航學院戰斗機大型客機客艙的高度應該不小于1.9米，但也不能大于2.5米。航空宇航學院各種非圓形機身截面形狀航空宇航學院公務機由多段圓弧構成的截面航空宇航學院超大型客機的截面形狀航空宇航學院A380 的機身截面形狀航空宇航學院客艙的等級航空宇航學院座椅的尺寸 參見第9章航空宇航學院座椅的縱向布置 參見第9章航空宇航學院 客艙的座位安排：與長徑比協調航空

7、宇航學院 側視圖外形的設計側視圖外形的設計 亞音速：亞音速： 流線型，最大橫截面在流線型，最大橫截面在1/3處處 高亞音速：層流機身，最大橫截面在高亞音速：層流機身，最大橫截面在45%處處 超音速：超音速： 指數曲線系列指數曲線系列或或拋物線系列拋物線系列 機尾外形的設計機尾外形的設計fc通常通常1116左右（噴氣客機）左右（噴氣客機）lfc / df通常為通常為1.8 4航空宇航學院 機頭外形的設計機頭外形的設計 - 駕駛員視角大于15度。 - 考慮臨界M的要求航空宇航學院航空宇航學院面積律面積律 面積律是研究飛機機體橫截面積的分布規律與波阻之間相互關系的理論 為使飛機在跨音速范圍內的阻力最

8、小，飛機各個部件組合在一起的橫截面積的分布圖形，應該相當于一個最小阻力的當量旋成體圖形。 航空宇航學院 （1）不考慮面積律要求）不考慮面積律要求 （2）考慮面積律要求）考慮面積律要求 （a）機翼機身組合體）機翼機身組合體 （b）當量旋成體）當量旋成體 （c）橫截面積分布）橫截面積分布 航空宇航學院 按面積律的要求對飛機進行修形：按面積律的要求對飛機進行修形： - 將機身中段收縮成蜂腰形將機身中段收縮成蜂腰形 - 將平尾、垂尾及發動機短艙等部件的縱向位置錯開將平尾、垂尾及發動機短艙等部件的縱向位置錯開 應用例子應用例子 - 美國美國F102和和B-58 - 我國我國Q-5型強擊機和型強擊機和J-

9、12殲擊機殲擊機 航空宇航學院美國美國B-58飛機橫截面積分布圖飛機橫截面積分布圖 1機身；機身；2機翼；機翼；3內側發動機短艙；內側發動機短艙；4掛架；掛架；5外側發動機短艙；外側發動機短艙；6掛架；掛架；7整流包皮；整流包皮；8尾翼尾翼。 航空宇航學院按面積律要求修形的效果按面積律要求修形的效果 注：當注：當1.5以后，效果就不顯著以后，效果就不顯著 航空宇航學院機身外形初步設計的步驟機身外形初步設計的步驟 回顧設計要求的有效載荷，列出有效載荷項目 （如旅客人數等）； 根據所選的內部座位和裝載要求，確定最大當量直徑df和橫截面形狀，以及控制截面形狀； 考慮結構高度要求，將df和橫截面形狀適

10、當放大。 參考同類飛機，選定長徑比身，頭，尾或lf / df，lfc / df，fc ； 根據身和df確定機身長度或根據裝載要求根據機身長度； 畫出機身外形草圖。 航空宇航學院DC-9系列飛機系列飛機航空宇航學院MD-82飛機飛機航空宇航學院MD-82飛機商載空重比飛機商載空重比 表1 全機總長、商載和空重數據 表2 商載空重比 航空宇航學院MD-82MD-82改型和改型和DC-9-50DC-9-50改型收益的比較改型收益的比較 表3 MD-82和DC-9-50改型收益比較 航空宇航學院加長機身的影響加長機身的影響 1.拉長機身，惡化了大迎角狀態下的縱向力矩特性 2.機身的加長使機身縱向剛度降低 3.加長機身增加了飛機縱向和側向慣量矩 航空宇航學院機身頭部和尾段設