1350座級(jí)客機(jī)概念設(shè)計(jì)組長(zhǎng)：孫加亮組員：季佳燕

王曼

蔣承忠

顏楚雄

劉慶雄

張運(yùn)來(lái)

徐亦奇

譚昊東

王凱

張中

李明健0110107班有效載荷二級(jí)布置，350人（每人重75kg）每人行李總重：20kg（經(jīng)濟(jì)艙）；30kg（其它艙）飛行性能指標(biāo)巡航速度：M0.84飛行高度：35000英尺－41000英尺航程：9000（km）備用油規(guī)則：5%任務(wù)飛行用油

+1,500英尺待機(jī)30分鐘用油+200海里備降用油。起飛場(chǎng)長(zhǎng)：小于2500（m）著陸場(chǎng)長(zhǎng)：小于1850（m）進(jìn)場(chǎng)速度：小于250（km/h）設(shè)計(jì)要求全機(jī)布局設(shè)計(jì)By蔣承忠與所設(shè)計(jì)相近的飛機(jī)資料飛機(jī)型號(hào)載客人數(shù)最大起飛重量（kg）巡航速度（Ma）航程（km）747-100366人333,3900.849,800A350-900366（2級(jí)）265,0000.8515000777-200ER400（2級(jí)）297,5600.8410,740總體布局采用常規(guī)布局機(jī)翼：下單翼，后掠角，上反角發(fā)動(dòng)機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)采用翼吊式，雙發(fā)起落架：前三點(diǎn)式起落架，主起落架安裝于機(jī)翼尾翼：?jiǎn)未刮?，上平尾機(jī)翼下單翼：機(jī)翼結(jié)構(gòu)可從客艙地板下穿過(guò)起落架短、易收放、結(jié)構(gòu)重量輕發(fā)動(dòng)機(jī)和襟翼易于檢查和維修

安全考慮：強(qiáng)迫著陸時(shí)，機(jī)翼可起緩沖作用后掠翼：后掠翼能有效地提高臨界M數(shù)，延緩激波的產(chǎn)生，避免過(guò)早出現(xiàn)波阻上反角提高滾轉(zhuǎn)的靜穩(wěn)定性有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的翼吊布局發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)采用翼吊式：發(fā)動(dòng)機(jī)可用于減少機(jī)翼的載荷，能減輕機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量載客量相同時(shí)機(jī)身長(zhǎng)度小發(fā)動(dòng)機(jī)短艙安裝高度小，便于維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)離重心位置近，飛機(jī)重心變化范圍小減小機(jī)翼翼根彎矩雙發(fā)：發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量少便于維修起落架前三點(diǎn)式起落架：適用于著陸速度較大的飛機(jī)，在著陸過(guò)程中操縱駕駛比較容易具有起飛著陸時(shí)滑跑的穩(wěn)定性飛行員座艙視界的要求較容易滿足可使用較強(qiáng)烈的剎車，縮短滑跑距離主起落架安裝于機(jī)翼下方：提高主輪距，有利于著陸、滑跑穩(wěn)定性起落架收于機(jī)翼，有利于機(jī)身空間的布置尾翼單垂尾：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕上平尾：既能避開(kāi)不利氣流的干擾，又使得結(jié)構(gòu)重量輕確定主要參數(shù)By孫加亮111.重量的預(yù)估飛行任務(wù)剖面圖13在重量估算中，關(guān)鍵是估算巡航階段燃油系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求：航程Range＝9000km＝4859.6n.mi巡航速度：M＝0.84巡航高度：35000ft-41000ft（10668m-12497m）

平均聲速：a=295.1m/s=573.6kts14預(yù)估數(shù)據(jù)（參考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）耗油率C＝0.55（涵道比為8）渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率15預(yù)估數(shù)據(jù)（參考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）耗油率C＝0.55（涵道比為8）升阻比L/D＝17.4

機(jī)型升阻比FokkerF2717.6B707-32018.6B727-20016.2B737-30015.1B747-40017.4B757-20017.1B767-20018.1A300B415.0A32017.6典型民機(jī)的升阻比16根據(jù)Breguet航程方程：代入數(shù)據(jù)：Range＝4859.6n.mia＝

573.6ktsC＝0.55lb/hr/lbL/D＝17.4M=0.84計(jì)算得：17燃油系數(shù)的計(jì)算.27919.279.351燃油系數(shù)的計(jì)算總的燃油系數(shù)為：根據(jù)同類飛機(jī)，假設(shè)3個(gè)最大起飛重量值。對(duì)每個(gè)Wtotrial計(jì)算出對(duì)應(yīng)的燃油重量系數(shù)和燃油重量Wfuel

，并計(jì)算“可用空重”Wemptyavail：

Wemptyavail＝Wtotrial－Wfuel－Wpayload獲取同類飛機(jī)Wto和Wempty的數(shù)據(jù)，畫在坐標(biāo)系中，并通過(guò)數(shù)據(jù)擬合方法，獲得Wto和Wempty之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系圖。在Wto與Wempty的統(tǒng)計(jì)圖中，畫出3個(gè)Wtotrial

及對(duì)應(yīng)的Wemptyavail點(diǎn)，并連成直線，二條線的交點(diǎn)就是所需求解的最大起飛重量和使用空重。重量估算過(guò)程Wto

500000lbs600000lbs700000lbsWfuel

175500lbs210600lbs245700lbsWpayload

74470lbs74470lbs74470lbsWemptyavail

250030lbs314930lbs379830lbs根據(jù)同類飛機(jī)，假設(shè)3個(gè)最大起飛重量值，并計(jì)算各重量：最終求得的重量數(shù)據(jù)：Wemptyavail

275990lbs.511Wfuel

189540lbs.351Wpayload

74470lbs.138540000lbs1.0002.推重比和翼載的初步確定繪制界限線圖翼載荷的值盡量靠右推重比的值盡量靠下留有充足的余量確定翼載荷和推重比的一般原則典型客機(jī)的翼載和推重比發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇By劉慶雄發(fā)動(dòng)機(jī)類型的選擇根據(jù)飛行高度飛行高度：35000英尺－41000英尺和巡航速度：M0.84確定類型渦輪風(fēng)扇

M=1M=2M=3M=4

H發(fā)動(dòng)機(jī)類型的選擇（續(xù)）渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：*渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)在巡航狀態(tài)下耗油率較低

*加力狀態(tài)時(shí)耗油率較高，但加力比也比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)大得多*迎風(fēng)面積較大*可用于強(qiáng)調(diào)使用經(jīng)濟(jì)性的中、大型旅客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)

何時(shí)選用高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)*當(dāng)飛行速度較大時(shí)：M數(shù)0.7～0.85發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)涵道比8、增壓比、渦輪前溫度和比推力選擇發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)則使飛機(jī)直接使用成本最小。與飛機(jī)直接使用成本有關(guān)的因素耗油率（影響燃油量，進(jìn)而影響全機(jī)重量）發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸（影響飛機(jī)阻力）發(fā)動(dòng)機(jī)重量（影響全機(jī)重量）發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格（影響飛機(jī)價(jià)格）發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇短程飛機(jī)（F100）其DOC對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格較敏感涵道比、增壓比較小遠(yuǎn)程飛機(jī)（B747）其DOC對(duì)燃油效率較敏感涵道比、增壓比較大示例典型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率特性的表達(dá)式飛行狀態(tài)的耗油率cR－涵道比8MN－飛行馬赫數(shù)；0.84σ－飛行高度相對(duì)大氣密度比值；0.29707(11000m)c－由巡航狀態(tài)確定耗油率確定的一個(gè)因子，一般為0.7左右c=0.583159509（飛行高度0～11km）發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇涵道比↑：SFC↓、重量↑、成本↑

增壓比↑

渦輪前溫度↑熱效率↑、復(fù)雜性↑發(fā)動(dòng)機(jī)效率發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、重量、阻力、成本計(jì)算得出需要推力379KN

現(xiàn)代高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的SFC在0.55~0.60

目前發(fā)動(dòng)機(jī)總效率在35％~40％。

機(jī)翼外形初步設(shè)計(jì)By張運(yùn)來(lái)機(jī)翼設(shè)計(jì)的基本要求氣動(dòng)要求高速特性：巡航時(shí)升阻比大。低速特性：起飛、著陸時(shí)升力系數(shù)大。操穩(wěn)特性：高低速時(shí)能配平，具有良好的穩(wěn)定性和操縱性。結(jié)構(gòu)要求重量輕剛度要求容積要求燃油箱布置起落架布置操縱系統(tǒng)布置翼型的選擇設(shè)計(jì)升力系數(shù)的計(jì)算在初步設(shè)計(jì)時(shí)，近似認(rèn)為：三維機(jī)翼的升力系數(shù)；翼型的升力系數(shù)；升力系數(shù)為：

0.60飛機(jī)類型典型翼型輕型飛機(jī)NACA四位數(shù)或NACA五位數(shù)翼型渦槳支線客機(jī)NACA五位數(shù)高亞聲速公務(wù)機(jī)超臨界翼型高亞聲速噴氣運(yùn)輸機(jī)超臨界翼型超聲速戰(zhàn)斗機(jī)NACA六位數(shù)翼型；對(duì)稱翼型根據(jù)飛機(jī)的設(shè)計(jì)速度0.84MNACA653翼型的

關(guān)系

翼型在其設(shè)計(jì)升力系數(shù)附近，具有最有利的壓力分布，其阻力系數(shù)最小，升阻比也比較大。右圖示出了NACA653系列的五個(gè)翼型曲線。對(duì)于巡航速度M=0.84,設(shè)計(jì)升力系數(shù)0.60，選取超臨界翼型NACA653-618

較為有利，巡航飛行時(shí)翼型阻力最小。機(jī)翼的平面形狀設(shè)計(jì)展弦比AR

梯形比λ

后掠角（Λ）展弦比AR=9.63噴氣客機(jī)的展弦比梯形比λ=0.4升力分布接近橢圓形，誘導(dǎo)阻力較小，有利于減輕機(jī)翼重量和起落架布置。圖如下：飛機(jī)類型梯形比輕型飛機(jī)1.0～0.6渦槳支線客機(jī)0.6～0.4公務(wù)機(jī)0.6～0.4噴氣運(yùn)輸機(jī)0.4～0.2超聲速戰(zhàn)斗機(jī)0.5～0.2后掠角（Λ）后掠角不能過(guò)大或太小后掠角（Λ）=31.6噴氣客機(jī)后掠角的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)噴氣運(yùn)輸機(jī)和公務(wù)機(jī)的平均相對(duì)厚度一般在10％至12％之間機(jī)翼厚度的分布取10%機(jī)翼參數(shù)如下：面積S=360m2展長(zhǎng)L=58.88m弦長(zhǎng)=8.73m=3.49m氣動(dòng)弦長(zhǎng)=6.49前緣后掠角=0.624機(jī)翼安裝角的確定機(jī)翼根弦與機(jī)身軸線之間的夾角安裝角定義翼型迎角5.13°時(shí)CL=0.589滿足，可取iw=5°扭轉(zhuǎn)角采用負(fù)扭轉(zhuǎn)：可以延緩翼梢氣流失速上反角的確定統(tǒng)計(jì)值的大小與飛機(jī)布局型式有關(guān)上反角的統(tǒng)計(jì)值飛機(jī)類型機(jī)翼位置下單翼中單翼上單翼直機(jī)翼5o~7o2o~4o0o~2o亞聲速后掠翼3o~7o-2o~2o-5o~2o超聲速后掠翼0o~5o-5o~0o-5o~0o機(jī)翼后掠翼會(huì)增加側(cè)向穩(wěn)定性，故上反角較小。增加側(cè)向穩(wěn)定性和荷蘭滾穩(wěn)定性據(jù)統(tǒng)計(jì)值，取上反角4°翼梢形狀的設(shè)計(jì)

對(duì)翼梢處的旋渦進(jìn)行遮擋翼梢小翼設(shè)計(jì)成有彎度，翼梢渦在小翼產(chǎn)生升力，這個(gè)升力方向向前，可減小總阻力。采用翼梢小翼的效果內(nèi)翼后緣擴(kuò)展目的增加根部弦長(zhǎng)，便于起落架的布置?？山档透肯移拭嫔ο禂?shù)，便于氣動(dòng)設(shè)計(jì)增升裝置選擇為何需要增升裝置參數(shù)設(shè)計(jì)有限制（機(jī)翼的翼型和平面形狀幾何參數(shù)，通常是按巡航狀態(tài)要求設(shè)計(jì)的，翼型的相對(duì)彎度等參數(shù)是按設(shè)計(jì)升力系數(shù)的要求確定的）。其氣動(dòng)特性不能滿足起飛著陸狀態(tài)的要求。為改善飛機(jī)的起飛著陸性能，需要增升裝置。

增加升力的途徑：

-提高CL：

1）增加翼型彎度；

2）控制附面層，延遲氣流分離。

-增加機(jī)翼面積S襟翼型式相對(duì)弦長(zhǎng)偏轉(zhuǎn)角△CLmax及對(duì)應(yīng)Clmax的開(kāi)裂式～25%50°～60°0.6～0.8（α=13～14°）后退式30%～40%40°～50°1.3～1.4（α=13°）雙縫式30%～40%40°～50°1.4～1.5（α=12°）多縫式35%～45%50°～60°1.6～1.8（α=12°）增升效果：直機(jī)翼后緣襟翼數(shù)據(jù)渦槳支線客機(jī)、公務(wù)機(jī)和噴氣運(yùn)輸機(jī)一般采用雙縫襟翼，有些噴氣運(yùn)輸機(jī)甚至采用三縫襟翼?，F(xiàn)代客機(jī)一般采用前緣開(kāi)縫襟翼可以選擇三縫襟翼和前緣縫翼結(jié)合襟翼相對(duì)弦長(zhǎng)C襟/C=0.35襟翼展長(zhǎng)L襟=13.1m副翼外形的設(shè)計(jì)副翼（aileron）的功用：

提供足夠大的滾轉(zhuǎn)力矩，保證滿足對(duì)飛機(jī)橫向操縱性的要求。副翼幾何參數(shù)

-副翼面積與機(jī)翼面積之比值，即相對(duì)面積：S副/S-相對(duì)弦長(zhǎng)：c副/c-相對(duì)展長(zhǎng)：L副/L-偏角:副-統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：相對(duì)面積S副/S=0.050.07取0.065

相對(duì)弦長(zhǎng)c副/c=0.200.25取0.25

相對(duì)展長(zhǎng)L副/L=0.200.40取0.35

偏角副=25

30

取30

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):副翼的相對(duì)展長(zhǎng)與相對(duì)弦長(zhǎng)繞流板功用當(dāng)非對(duì)稱打開(kāi)時(shí)，可產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩。當(dāng)在飛行中對(duì)稱打開(kāi)時(shí)，可增加阻力，起減速作用和增加下降速率。當(dāng)在著陸時(shí)對(duì)稱打開(kāi)時(shí)，可增加阻力，縮短著陸距離。位置一般位于后緣襟翼的前面。機(jī)翼內(nèi)燃油容積的估算機(jī)翼內(nèi)燃油容積的估算420bS(t/c)(1-0.89+0.492)/AR=89997.8（kg）要求：運(yùn)輸機(jī)的機(jī)翼要容納所有的燃油所需燃油189540lbs=85973kg滿足要求機(jī)翼縱向位置的初步確定X.25m.a.c=46%xLFus=27.08m機(jī)翼平面圖（沒(méi)有后緣擴(kuò)展）8.7331.614.9729.443.49機(jī)翼與機(jī)身43.77M尾翼外形初步設(shè)計(jì)By張運(yùn)來(lái)功用：保證飛機(jī)縱向和側(cè)向的穩(wěn)定和操縱配平組成：平尾：水平安定面，升降舵垂尾：垂直安定面，方向舵設(shè)計(jì)要求：適航條例（民機(jī)）尾翼功用、組成和的設(shè)計(jì)要求平尾1保證縱向穩(wěn)定2縱向操縱和配平平尾容量平尾容量的定義：VH:平尾容量SH:平尾面積S：機(jī)翼面積lH：尾力臂c：平均氣動(dòng)弦長(zhǎng)平均氣動(dòng)弦?clH?的平尾平均氣動(dòng)弦c通常采用尾容量來(lái)確定尾翼面積操穩(wěn)要求體現(xiàn)在：平尾容量要滿足重心在前限和后限處的操穩(wěn)要求作用：平尾容量確定方法通過(guò)縱向機(jī)身容量參數(shù)來(lái)確定所需平尾容量?？v向機(jī)身容量參數(shù)與平尾容量存在統(tǒng)計(jì)關(guān)系?？v向機(jī)身容量參數(shù)的定義：Wfus

最大機(jī)身寬度（6.20m）Lfus機(jī)身長(zhǎng)度(63.73m)SW

機(jī)翼參考面積(360m2)CW機(jī)翼平均氣動(dòng)弦長(zhǎng)(6.49m)=1.049縱向機(jī)身容量參數(shù)與平尾容量的關(guān)系飛機(jī)類型重心變化范圍（％MAC）輕型飛機(jī)10％渦槳支線客機(jī)16％公務(wù)機(jī)18％噴氣運(yùn)輸機(jī)32％超聲速戰(zhàn)斗機(jī)20％各類飛機(jī)的重心變化范圍平尾容量

VH=3.7*32%=1.184其中：

3.7為每單位重心范圍的平尾容量

32%是重心變化范圍平尾外形數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值飛機(jī)類型展弦比AR梯形比λ升降舵弦長(zhǎng)ce/c相對(duì)厚度t/c輕型飛機(jī)3.5～5.00.50～1.00.35～0.450.06～0.09渦槳支線客機(jī)3.5～5.00.50～0.800.30～0.450.06～0.09公務(wù)機(jī)3.5～5.00.35～0.500.30～0.400.06～0.09噴氣運(yùn)輸機(jī)3.5～5.00.25～0.450.30～0.350.06～0.09戰(zhàn)斗機(jī)、攻擊機(jī)3.0～4.00.25～0.400.30～1.00.03～0.04展弦比AR=4.16取:梯形比λ=0.38后掠角χ=36.6

°（對(duì)于高亞聲速飛機(jī)，平尾和垂尾的后掠角一般比機(jī)翼大5度左右）尾力臂LH=50%LFUS=31.86m其中：機(jī)翼面積S=360m2，機(jī)翼平均MAC=6.49mVH=1.184可得：SH/S=24.1%,平尾面積SH=86.76m2,展長(zhǎng)l=19.00m，c根=6.62m，c尖=2.52m，平尾MAC=4.88m由統(tǒng)計(jì)值：升降舵弦長(zhǎng)取ce/c=0.35平尾相對(duì)厚度t/c=0.09其中：c為平尾弦長(zhǎng)，t為厚度翼型選擇：NACA0009垂尾1.保證航向穩(wěn)定2.通過(guò)方向舵實(shí)現(xiàn)航向操縱和配平3.通過(guò)方向舵能在側(cè)滑飛行時(shí)，保持全機(jī)偏航力矩Cn＝04.單發(fā)停車時(shí)，要靠方向舵保持全機(jī)偏航力矩Cn＝0垂尾容量通常采用垂尾容量來(lái)確定垂尾翼面積。垂尾容量的定義：VV

:垂尾容量SV

:垂尾面積