飛機(jī)總體設(shè)計(jì)課件 01-客機(jī)設(shè)計(jì)流程

田云北京航空航天大學(xué)2023年3月13日客機(jī)設(shè)計(jì)流程客機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程概念設(shè)計(jì)(ConceptualDesign)＝技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性論證（市場(chǎng)調(diào)研）初步設(shè)計(jì)(PreliminaryDesign)＝預(yù)發(fā)展總體設(shè)計(jì)=概念設(shè)計(jì)+初步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求技術(shù)儲(chǔ)備市場(chǎng)調(diào)研市場(chǎng)調(diào)研：潛在市場(chǎng)（立足國(guó)內(nèi)還是全球）未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)（經(jīng)濟(jì)、民航）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)OR樞紐對(duì)樞紐模式（B787、A380）高鐵影響（中國(guó)尤為突出）技術(shù)儲(chǔ)備不可預(yù)估因素（政治、軍事及經(jīng)濟(jì)，如石油危機(jī)、911事件）結(jié)論：座級(jí)、航程、巡航速度及四性指標(biāo)CJ828雙通道干線客機(jī)市場(chǎng)調(diào)研航空市場(chǎng)需求和發(fā)展預(yù)測(cè)序號(hào)航線全季班次每周班次全季旅客人數(shù)客座率執(zhí)行率1北京-上海15085503296364676942上海-深圳10978366153443277913上海-廣州9676323136115069924北京-廣州7481249132829271945北京-深圳7372246126842874976北京-成都9086303114352870937西安-北京8329278104846477958北京-杭州7867262102471381979廣州-杭州72392411007793869210上海-廈門(mén)7008234845071779411上海-青島70002338441747910112北京-南京63372117764737410713北京-昆明50211677668527810514上海-成都6398213734941709215成都-廣州6255209732514759916北京-大連5197173730667779917北京-烏魯木齊48841637128607810218北京-哈爾濱5935198702207759319?？?廣州51791736832538610020北京-重慶60662026826227297航空市場(chǎng)需求和發(fā)展預(yù)測(cè)

航線（往返）全季班次全季旅客人數(shù)客座率理想座級(jí)北京-上海15085296364676259北京-廣州7481132829271250北京-深圳7372126842874233上海-廣州9676136115069204北京-昆明502176685278196北京-烏魯木齊488471286078187北京-大連519773066777183上海-深圳10978153443277182北京-成都9086114352870180上海-大連511260940670170市場(chǎng)調(diào)研：2010-2030年世界各地區(qū)的各型客機(jī)需求量亞太地區(qū)13條中國(guó)內(nèi)地以及港澳臺(tái)地區(qū)5條上述熱門(mén)航線的主要機(jī)型A-320，B-737A-330，B-777A-380，B-747

250座級(jí)300/350座級(jí)航程定位—國(guó)內(nèi)從南到北：

三亞—哈爾濱：3665公里從東到西：

上?！獮豸斈君R：3650公里航程定位亞洲：

北京到新加坡，雅加達(dá)：4500公里，5300公里

非洲：

埃及到南非：5500km拉丁美洲：

阿根廷到委內(nèi)瑞拉：5000km。市場(chǎng)調(diào)研CJ-828立足國(guó)內(nèi)和亞太地區(qū)，滿足人口密度較大地區(qū)機(jī)場(chǎng)之間的航空客貨運(yùn)輸，彌補(bǔ)單通道客機(jī)運(yùn)力和航程的不足，最大程度避免與高速鐵路的競(jìng)爭(zhēng)。三級(jí)客艙布局300座級(jí)，巡航馬赫數(shù)0.80，設(shè)計(jì)航程6000km（航時(shí)<7h）。A330及B777為300座級(jí)客機(jī)，但均為跨洋遠(yuǎn)程飛機(jī)，不適合國(guó)內(nèi)中短航程航線

CR929機(jī)型CR929-600座位數(shù)三艙258-280（3級(jí)）二艙261-291(2級(jí))全經(jīng)濟(jì)級(jí)321-416（1級(jí)）長(zhǎng)度57.5～63.43米翼展58～61米高度17.9米機(jī)身高度6.07米機(jī)身寬度5.92米最大座艙寬度5.61米最大起飛重量208～234噸巡航速率0.85馬赫滿載航距12,000千米概念設(shè)計(jì)輸入設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)規(guī)范工作內(nèi)容確定全機(jī)布局確定主要參數(shù)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)分系統(tǒng)架構(gòu)確定部件主要幾何參數(shù)初步的總體布置方案分析與評(píng)估總體參數(shù)優(yōu)化繪制三面圖輸出初步方案的三面圖可行性論證報(bào)告詳細(xì)技術(shù)要求與目標(biāo)目標(biāo)可行性論證：能否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)？獲得一個(gè)或幾個(gè)能滿足要求的初步方案方法與手段統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式工程估算公式參數(shù)敏感分析地毯圖總體分析軟件總體參數(shù)優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)要求及規(guī)范設(shè)計(jì)要求：商載、航程、巡航速度、升阻比、起降場(chǎng)長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性及環(huán)保性指標(biāo)設(shè)計(jì)規(guī)范：CCAR-23、CCAR-25（5.7噸以上運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)）相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范（各公司及單位內(nèi)部）民機(jī)投入市場(chǎng)必須符合適航規(guī)范，因?yàn)檫m航規(guī)范是最低安全要求空機(jī)重量：90.50t比例：48.7%商載重量：33.25t比例：17.9%燃油重量：54.3t比例：29.2%統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式具體型號(hào)起飛總重186t0.48~0.540.16~0.260.26~0.30旅客75kg/人

托運(yùn)行李20kg/人

三級(jí)布置305人兩級(jí)布置331人全經(jīng)濟(jì)型363人結(jié)構(gòu)重量：55.93t

動(dòng)力裝置：13.20t

固定設(shè)備：19.41t使用燃油85%

備用燃油15%使用項(xiàng)目重量：2.52t比例：1.4%起飛總重估算空重系數(shù)與商載系數(shù)的統(tǒng)計(jì)曲線客機(jī)空機(jī)重量比與最大裝載航程的關(guān)系發(fā)動(dòng)機(jī)推力估算飛機(jī)起飛推力與起飛重量的關(guān)系雙發(fā)三發(fā)四發(fā)機(jī)翼面積、發(fā)動(dòng)機(jī)推力與起飛總重的關(guān)系翼載與推重比的約束范圍機(jī)翼面積大小的考量A380尺寸限制80m80m80ftA350三視圖初步設(shè)計(jì)（轉(zhuǎn)階段）輸入概念設(shè)計(jì)結(jié)果初始方案的外形CAD模型工作內(nèi)容細(xì)化和優(yōu)化幾何外形氣動(dòng)設(shè)計(jì)、分析與優(yōu)化初步結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化多學(xué)科分析與優(yōu)化完整三面圖和外形數(shù)模飛機(jī)總體布置圖各種機(jī)載設(shè)備、各系統(tǒng)、載荷和結(jié)構(gòu)承力系統(tǒng)方案的進(jìn)一步評(píng)估輸出全機(jī)外形數(shù)模完整三面圖/總體布置圖論證報(bào)告全尺寸樣機(jī)目標(biāo)細(xì)化、優(yōu)化概念設(shè)計(jì)方案確信方案能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，凍結(jié)總體外形。方法與手段CAD軟件（CATIA）基于數(shù)值仿真的方法－CFD、FEM、性能、氣動(dòng)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)工程樣機(jī)A320機(jī)翼機(jī)翼平面尺寸A380機(jī)身截面的確定A380機(jī)身截面設(shè)計(jì)的考量波音系列飛機(jī)機(jī)身截面詳細(xì)設(shè)計(jì)輸入初步設(shè)計(jì)結(jié)果飛機(jī)外形數(shù)模；總體布置（數(shù)字樣機(jī)；全尺寸樣機(jī)）工作內(nèi)容部件設(shè)計(jì)和零構(gòu)件設(shè)計(jì)各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)環(huán)控系統(tǒng)起落架系統(tǒng)……詳細(xì)的重量重心計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算報(bào)告靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度和壽命試驗(yàn)系統(tǒng)的地面臺(tái)架試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)輸出部件總圖、裝配圖、零件圖各系統(tǒng)總圖、裝配圖、零件圖目標(biāo)完成可用于制造加工的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)圖和技術(shù)文件。方法與手段CADCAM（FEM）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)試驗(yàn)增升裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程Stage1多段翼型設(shè)計(jì)Stage2準(zhǔn)三維設(shè)計(jì)Stage3全展縫翼設(shè)計(jì)Stage4帶短艙吊掛設(shè)計(jì)Stage5導(dǎo)流片等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)Stage6全機(jī)低速構(gòu)型設(shè)計(jì)校核機(jī)翼詳細(xì)設(shè)計(jì)風(fēng)洞試驗(yàn)氣動(dòng)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)帶短艙網(wǎng)格加裝導(dǎo)流片網(wǎng)格B787座艙尺寸飛機(jī)設(shè)計(jì)的三個(gè)階段概念設(shè)計(jì)(ConceptualDesign)1%人員初步設(shè)計(jì)(PreliminaryDesign)9%人員詳細(xì)設(shè)計(jì)（DetailDesign)90%人員飛機(jī)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)定義概念設(shè)計(jì)氣動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選材發(fā)動(dòng)機(jī)選擇機(jī)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選擇重量估算飛行性能分析操穩(wěn)特性分析經(jīng)濟(jì)性分析噪聲特性分析設(shè)計(jì)開(kāi)始循環(huán)迭代氣動(dòng)專(zhuān)業(yè)理想飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)業(yè)理想飛機(jī)飛控專(zhuān)業(yè)理想飛機(jī)結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)理想飛機(jī)飛機(jī)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)綜合多學(xué)科分析與優(yōu)化aerodynamicsstructureperformance……約束更具體,工作開(kāi)展相對(duì)獨(dú)立概念設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)分析評(píng)估逐漸深化飛機(jī)總體設(shè)計(jì)的重要性總體設(shè)計(jì)影響全壽命周期成本的85％！概念設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)制造/采購(gòu)使用維護(hù)報(bào)廢20406080100085％95％65％全壽命周期影響壽命周期成本的程度概念設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)要求、適航條例全機(jī)布局設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)選擇重量重心確定機(jī)翼外形初步設(shè)計(jì)

方案分析與評(píng)估重量特性氣動(dòng)特性動(dòng)力特性性能評(píng)估操穩(wěn)特性經(jīng)濟(jì)性分析噪聲特性排放量可靠性維修性機(jī)場(chǎng)適應(yīng)性……確定主要參數(shù)尾翼外形初步設(shè)計(jì)總體布置形成初步方案滿足要求？方案最優(yōu)？YesNo分系統(tǒng)初步方案發(fā)動(dòng)機(jī)短艙設(shè)計(jì)優(yōu)化分析飛機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)具備的知識(shí)與技能數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)分析經(jīng)驗(yàn)積累構(gòu)思與決策綜合與創(chuàng)新判斷與決策計(jì)算與分析幾何計(jì)算氣動(dòng)計(jì)算結(jié)構(gòu)分析重量計(jì)算性能計(jì)算繪圖與CAD

部件外形圖三面圖總體布置圖飛機(jī)設(shè)計(jì)工作的主要形式盡可能熟悉多種飛機(jī)的方案特點(diǎn)案例分析團(tuán)隊(duì)的力量頭腦風(fēng)暴方案生成方案分析評(píng)估方案優(yōu)選定量方法數(shù)學(xué)模型計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)定性方法專(zhuān)家打分參數(shù)分析敏感度分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)法優(yōu)化方法LockheedMartin的“臭鼬工廠”(SkunkWorks)那個(gè)該死的瑞典人簡(jiǎn)直就像是看得見(jiàn)空氣流動(dòng)的方式一樣P-38F-104U-2SR-71F-117魯坦1、首次實(shí)現(xiàn)載人單極近空間飛行，拿下AnsariX獎(jiǎng)的“太空船一號(hào)”；2、暢銷(xiāo)車(chē)庫(kù)飛機(jī)VariEZ；3、輕型飛機(jī)Quickie；4、首次實(shí)現(xiàn)載人不著陸不加油環(huán)球航行的“旅行者號(hào)”；5、首次實(shí)現(xiàn)載人不著陸不加油環(huán)球航行的噴氣飛機(jī)“維珍大西洋環(huán)球飛行者號(hào)”參考教材L.R.Jenkinson,P.Simpkin,D.Rhodes,CivilJetAircraftDesign,AIAAInc,1999D.P.Raymer,AircraftDesign:AConceptualApproach,AIAAEducationSeries.1992.J.Roskam,AirplaneDesign,PartⅠ-PartⅧ,RoskamAviationandEngineeringCorporation,Ottawa,Kansas,1985D.Howe,AircraftConceptualDesignSynthesis,ProfessionalEngineeringPublishingLimited,London,UK,2000.AircraftDesign：SynthesisandAnalysis,（stanford大學(xué)教材）：/aa241/R.D.Schaufele,TheElementofAircraftPreliminaryDesign,AriesPublications,SantaAna,California,2000.Torenbeek，SynthesisofSubson