飛機總體設計報告

...wd......wd......wd...飛機總體設計任務二設計報告組號：第三組組內成員：2014年1月18日摘要本小組在此文中對民用客機的需求與開展作了簡要介紹，并通過統(tǒng)計分析與計算完成了任務所要求的設計內容。主要計算分析步驟包括：起飛重量的計算，起飛推重比，翼載荷的計算，翼型的選擇，外形幾何參數(shù)的計算與選擇，機身及艙室設計，飛機動力系統(tǒng)及燃油系統(tǒng)的選擇與計算，重量分析與重心計算，以及主要性能參數(shù)估算，飛機操穩(wěn)性的分析和和飛行總體性能參數(shù)的分析計算等。關鍵字：客機，寬體飛機，概念設計AbstractInthispaperourteamdescribetherequirementandthedevelopmentofcivilaircraftandcompletetheconceptualdesign,assignedbyprof,throughnumerousanalysesandcomputation.Themainstepsofanalysesandcalculationincludethecalculationoftakeoffgrossweight,thecalculationoftakeoffthrustweightratioandwingload,theselectionofairfoil’stype,thechoiceofcomponentsgeometryparameters,thedesignoffuselageandcabin,theselectionandcalculationofpropulsion&fuelsystem,theestimationofweightandthecheckofgravitycenter,wealsoanalyzethemainperformanceparameters,stabilitycontrolqualitiesandflightperformance.Atlast,wecheckaboutoverallperformanceoftheflight.Keyword:Airliner,Wide-bodyaircraft,Conceptualdesign目錄飛機總體設計1任務二設計報告1摘要1Abstract2第一章方案設計51.設計背景52.設計理念63.設計要求7第二章方案構思與設計草圖8第三章主要總體設計參數(shù)91.估計升阻比92.起飛重量W0的一階近似93.推重比T/W的選取104.翼載W/S的選取105.機翼外形參數(shù)設計116.尾翼外形參數(shù)設計137.機身及艙室設計147.1幾何參數(shù)估計147.2客艙設計與布置168.動力系統(tǒng)選擇198.1發(fā)動機類型與選擇198.2發(fā)動機布置228.3進排氣系統(tǒng)設計229燃油系統(tǒng)設計239.1油箱類型選擇239.2油箱的容積249.3油箱的安全與防火2410.起落架布置2511.飛機三面圖2612.三維建模2813.重量分析2914.配平及穩(wěn)定性分析3315.主要設計參數(shù)匯總33第四章主要性能參數(shù)估算341.升力系數(shù)計算341.1機翼341.2機身361.3平尾361.4全機的升力系數(shù)計算372.阻力系數(shù)計算372.1機翼372.2機身382.3全機的阻力系數(shù)計算392.4極曲線393.全機焦點和重心后限位置計算404.飛行性能估算41參考文獻42小組成員分工42完畢語43致謝47附錄1：小組成員設計需求分析一覽表48附錄2：國內在飛的大型客機根本介紹49第一章方案設計1.設計背景隨著航空科學技術的開展以及社會的進步，地面交通已很難滿足人們出行的需要，自飛機誕生以來，由于飛機的快速性、舒適性等優(yōu)點，航空運輸已成為蓬勃開展的支柱型產業(yè)。在亞太地區(qū)，人們對于中型客機的需求越來越大。波音在市場預測中預言從2013年至2032年亞太地區(qū)將會增加12,820架新飛機，據(jù)所有地區(qū)之首?！踩鐖D1所示〕圖SEQ圖\*ARABIC1〔ｋｍ〕北京上海香港廣州東京首爾吉隆坡莫爾茲比港北京————————————————上海１０８０——————————————香港３０３３２０１１————————————廣州２４３４１６１３１２０——————————東京２４６０１７６１２９００２９００————————首爾９６０８７０２０９０２２２２１１６７——————吉隆坡４３５３３７５３２５２８２５５１５３２７４６１９————莫爾茲比港６３４７５２９７５０６１５１８０５０８９５６４５５２３８——表SEQ表\*ARABIC1表１為亞太地區(qū)重要城市的距離，另查得數(shù)據(jù)〔ｇｏｏｇｌｅｅａｒｔｈ〕有亞太地區(qū)距離北京最遠的城市是新西蘭，相距１０７６５．９３ｋｍ。另外亞太地區(qū)的國家和地區(qū)有文萊、柬埔寨、印度尼西亞、日本、朝鮮、韓國、老撾、馬來西亞、馬紹爾群島、密克羅尼西亞聯(lián)邦、瑙魯、新西蘭、帕勞、巴布亞新幾內亞、菲律賓、薩摩亞、新加坡、所羅門群島、泰國、東帝汶、湯加、圖瓦盧、瓦努阿圖、越南、中國、臺灣地區(qū)、蒙古。在距離北京６０００ｋｍ的范圍內，除新西蘭之外的所有國家的首都全部在內。見圖２。圖SEQ圖\*ARABIC2亞太地區(qū)2.設計理念在設計背景中我們初步得出結論航程為６０００ｋｍ左右的中型客機比擬適合亞太地區(qū)?？紤]Ｎ＋３環(huán)保目標〔見圖３〕，該機還應具有較低的燃油消耗率，污染物排放，以及噪聲，同時具有較好的場地適應性。即起飛距離較短，相對應空管水平要求不高。圖SEQ圖\*ARABIC3ＮＡＳＡＮ＋３環(huán)保目標考慮到200座左右的中型客機種類最多，數(shù)量最多，因此零部件通用性更強，便于設計裝配以及維修，客機載客數(shù)定為２３０人。3.設計要求主要設計要求：巡航速度０．８０Ｍａ巡航高度１１０００ｍ～１２０００ｍ起飛距離3000m著陸距離2500m航程６０００ｋｍ最大載客數(shù)２３０機組成員２人行李總重

２３０爬升率389m/min任務剖面：圖SEQ圖\*ARABIC4任務剖面第二章方案構思與設計草圖因為我們設計的客機，依據(jù)市場已有的比擬成熟的現(xiàn)有機型，并受到很多與安全性、經濟性相關因素的影響，其實概念草圖很容易畫出，并且并無過多項選擇擇余地。故采用正常式布局，后掠下單翼，翼吊發(fā)動機。如圖5所示。圖SEQ圖\*ARABIC5概念設計草圖第三章主要總體設計參數(shù)1.估計升阻比由概念草圖和經歷值確定浸潤面積比Swet/Sref≈6.3，展弦比初定為A=10，浸潤展弦比Awet=1.59，由經歷曲線〔書圖2.17〕估計最大升阻比2.起飛重量W0的一階近似根據(jù)任務剖面，不同任務區(qū)段的重量比計算如下：暖機和起飛：根據(jù)經歷，W1爬升：根據(jù)經歷，W2巡航：航程R=6000km，發(fā)動機巡航時SFC=0.51/hr，巡航速度V=0.8M×295=849.6km/h，升阻比盤旋：盤旋時間E約為20分鐘，發(fā)動機盤旋時SFCC=0.41/hr，盤旋時升阻比為L/Dmax=20。降落：根據(jù)經歷，W5W5燃油重量與起飛重量比：Wf空機重量與起飛重量比：采用復合材料，近似認為We商載：每個人體重加行李取180kg，2名機組成員每人100kg，空乘14人每人70kg，為了滿足意外條件，每人重量加5kg并增加3名空乘。則Wcrew可得：W0=W迭代如下表：初始WWW0500000.481159931800000.4681525001000000.4621492751300000.4551457041400000.4531447361443000.452144346初步選取W0=144300kg，此時We3.推重比T/W的選取a.根據(jù)公式((TW)根據(jù)一般渦扇發(fā)動機性能，TtakeoffTWb.根據(jù)經歷曲線，TW初步選取其中較小者，T4.翼載W/S的選取對于不同的飛行階段和飛行條件確定不同的翼載并在其中取合理的最小值。失速速度假設使用雙縫后退開縫襟翼，四分之一弦長后掠角為25°，由經歷值知CLmax?2.5，失速速度VstallWS起飛距離起飛距離4000m，由經歷公式知起飛指數(shù)TOP25=220CLtakeoffW爬升率假設爬升率為400m/min=6.7m/s，則爬升速度VC=1.25Vstall=80m/s，3500m海拔下q=12ρV2WS巡航11000m處qcruiseWS初步選取，W/S=540kg/m5.機翼外形參數(shù)設計根據(jù)翼載WS=540kg/m2和W0=144300kg機翼局部：機翼展長bw=選取1/4弦線后掠角X〔1/4〕=32°，巡航速度高亞音速，前緣后掠角X〔0〕大小為37.30度。綜合考慮下單翼及后掠角，上反角Γ為4度；機翼材料:翼梁與機身的接頭局部采用高強度構造鋼。機翼蒙皮分別采用抗壓性能好的超硬鋁及抗拉和疲勞性能好的硬鋁。為了減輕重量，機翼的前后緣采用玻璃纖維增強塑料〔玻璃鋼〕或鋁蜂窩夾層〔芯〕構造。尾翼構造材料采用超硬鋁。并借鑒近年來的機翼制造，如A350，上外表爭取局部使用輕型碳纖維增強材料扭轉角：3度根梢比2~6之間，初估四分之一弦線后略角17度，選擇根梢比η為4，根部10m，尖部考慮翼尖小翼待定客機對機動性沒有過高要求，不采用邊條，外側低速副翼，內側高速副翼，三縫后緣襟翼，每側機翼上外表有鋁制蜂窩構造擾流片安裝角定為兩度機翼前緣半頂角：52.7度平均氣動弦長Cw翼型局部：考慮巡航速度到達0.8M，選用超臨界翼型。本機最大起飛重量較重，宜選用最大升阻比大的翼型采用超臨界翼型NYU/GRUMMANK-1。圖8、圖9、圖10是NYU/GRUMMANK-1的外形及升力特性曲線。圖SEQ圖\*ARABIC6NYU/GRUMMANK-1AIRFOIL圖SEQ圖\*ARABIC7氣動特性曲線圖SEQ圖\*ARABIC8氣動特性曲線〔2〕Reynoldsnumber:100,000MaxCl/Cd:39.81atα=4.25°Description:Mach=0Ncrit=9在雷諾數(shù)為100，000臨界密度為9時，該機翼最大升阻比為39.81，失速迎角4.25°。機翼翼尖有翼梢小翼以增大有效展弦比，減小誘導阻力。翼型為NACA0012。6.尾翼外形參數(shù)設計在保證足夠穩(wěn)定性和操縱性的前提下考慮減輕重量的因素，采用常規(guī)型尾翼。根據(jù)經歷取平尾尾容量CHT=SHTLHTSWCW=1.0，尾臂長LHT=24m，平尾參考面積S根據(jù)經歷取垂尾尾容量CVT=SVTLVTSWbW=0.09，尾臂長LVT7.機身及艙室設計7.1幾何參數(shù)估計根據(jù)機身長度與W0圖SEQ圖\*ARABIC9Lf=AW0c=0.366A確定最大當量直徑Def=DWS+2CSW+2幾點說明：該截面尺寸比同級別的飛機要大，必然會帶來本錢的上升，然而我們認為這么做是有必要并符合未來趨勢的，理由如下：1.這里0.525的系數(shù)項不為2而是8的原因是座艙采用242布局，共八個座位?？紤]到舒適性因素，座椅的寬度選擇要比同類型飛機略大，還有一局部原因是有研究預測說明中國的人口肥胖率在未來的10-20年類會有迅猛增長。據(jù)《信息時報》，歐洲空中客車公司宣布將在客機上設置尺寸更寬的座位以滿足體胖乘客需求；薩摩亞航空已開場“論斤賣票〞，將按乘客體重收費；還有報道指出美國男女發(fā)胖已使飛機座位不合標準，美國聯(lián)邦政府規(guī)定飛機座椅強度標準以乘客體重170磅為準則。但是現(xiàn)時美國男子的平均體重近194磅，女性平均體重為165磅，存在不安全因素。所以我們不僅要考慮座椅的外形尺寸是否適宜，其強度也需注意。2.同樣地，出于舒適以及空間需求，走廊過道的長度也略取大一些，這也是一個機型未來的趨勢，比方空客的A350其截面長度已到達5.58m！它在《aviationweek》就將其寬闊的過道作為主打點做過廣告。有趣的是B777針對此專門也做廣告聲明其寬度比A350還大，可見截面的重要性。綜上所述，犧牲一局部經濟型來增進舒適性是可行的，它所帶來的潛在利益可能更大。圖SEQ圖\*ARABIC10如上圖，A350XWB的內部布置寬闊B．選定長徑比參考同類型飛機，并根據(jù)經歷數(shù)據(jù)圖SEQ圖\*ARABIC11選擇θfc=13°；l注：lfdf的取值略微超過圖表，是因為參看同級型和比擬新的飛機其lfcdf7.2客艙設計與布置客艙設計中的考慮因素繁多，故以列表的形式說明艙內布置與特征工程說明備注(選擇理由與優(yōu)勢)剖面圓形降低本錢，受力性好艙位級別與座椅布置頭等艙222布局/3列頭等艙相對削減數(shù)量商務艙242布局/5列越來越多的乘客愿意選擇商務艙，適當提升比例可使利潤越高超級經濟艙(PremiumEconomyClass)242布局/1至3列將經濟艙再一次分級細化，簡單來說可以考慮將經濟艙最靠前一排設為超級經濟艙，因其前面沒座位，空間更大?；驅ＴO一區(qū)段，提供更優(yōu)質服務，如優(yōu)先登機，等等經濟艙242布局/23列隨著技術進步選擇乘飛機的價格會繼續(xù)下降，越來越普通，承載量也會增大。可以考慮增設全經濟艙機型過道數(shù)目與寬度2過道每個寬482mm適當增加過道寬度，增加回轉空間座椅規(guī)格頭等艙座椅有效當量寬度0.600m商務艙，經濟艙座椅有效當量寬度0.525m當量寬度包含了座椅扶手的空間及相對寬度扶手與側壁間距30mm機身框構造高度85mm機身框裝飾層厚度20mm地板構造高度225mm根據(jù)當量直徑與高度關系圖排距頭等艙1080mm商務艙870mm經濟艙805mm該機型機身長度相對較長，可以滿足更長的排距要求行李架中間兩列剖面為類半圓形+方形等效體積65外側兩列為扇形等效體積58擬專門為現(xiàn)在流行的滾軸式旅行箱設計更寬闊的頭頂行李艙，可作為賣點之一地板下貨艙形式LD1或LD2集裝箱見貨倉布置圖廚房914×762mm×4個均取標準布置衛(wèi)生間914×914mm×6個艙門1.84×0.88m×6個舷窗40×28cm為了更好的飛行體驗，增大了舷窗，不過沒有超出一般太多，否則會影響構造強度與安全各構件位置詳見座艙草圖圖SEQ圖\*ARABIC12機身外形草圖圖SEQ圖\*ARABIC13貨艙布置圖SEQ圖\*ARABIC15座艙布置草圖圖SEQ圖\*ARABIC14剖面示意圖8.動力系統(tǒng)選擇8.1發(fā)動機類型與選擇根據(jù)TW0=0.276以及W0=144300kg，則所需推力至少為T=144300×0.276×9.8=390.302kN，飛機采用雙發(fā)布置，則單臺海平面安裝推力至少為195.151kN。在這一推力段的發(fā)動機中，選擇面非常大，諸如普惠公司pw4000系列中的pw4052和pw4056，以及JT9D7R4?；蛘逩E公司的CF6-80C,或CFM國際公司所生產的CFM56系列，羅羅的trent500等等。值得注意的是，在飛機設計工程的初期階段，曾考慮使用中國自研的發(fā)動機，比方CJ1000-A，其推力等級在10000kgf-19999kgf之間，即其最大推力可能高達196KN，這個數(shù)據(jù)與所需最小推力幾乎下面是對幾款可選類型發(fā)動機的性能與參數(shù)比照。〔數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡與參考年鑒〕發(fā)動機型號CF6-80C2A通用PW4050普惠JT9D-7普惠Trent500羅羅外觀質量/kg4246427240144835長度/mm4274390032563900最大高度269124802711/最大直徑/mm2362.02390.024282470海平面最大推力/kN233.5222.4224.9236.0海平面sfc0.3350.5870.760.534推重比35.25涵道比5.285.05.17.5總壓比27.226.324.234.8注：CJ1000A由于原始數(shù)據(jù)收集缺乏故未納入列表圖：CJ1000A經過比照后不難發(fā)現(xiàn)，CF6-80C2A的耗油率有著很大的優(yōu)勢，推力也令人滿意，應選擇該型號作為本機型的發(fā)動機〔由于數(shù)據(jù)有限，暫未將污染與發(fā)動機的售價納入考察范圍〕。下面是關于該發(fā)動機的簡要介紹：CF6-80C2A高涵道渦扇發(fā)動機使用了最新的經過驗證的核心技術，在同推力級下它提供最高的可靠性，最長的壽命，以及最低的燃油消耗率。各種研究和技術開發(fā)已被融入CF6-80C2A的設計，例如采用先進的冷卻技術、先進的間隙控制和轉子葉片和靜子葉片空氣動力學修正技術來提高發(fā)動機整體效率。CF6的技術革新包括新型的低排放型燃燒室和先進的高壓渦輪技術。CF6-80C2A自投入商業(yè)運行以來，在同推力等級的商業(yè)運輸發(fā)動機之中，始終保持著最低的燃油消耗率。圖SEQ圖\*ARABIC16CF680C2發(fā)動機構造8.2發(fā)動機布置綜合比照各類布置形式的優(yōu)缺點，選擇將發(fā)動機安裝在機翼下面，因其能減輕構造重量，發(fā)動機短艙安裝高度小，易于維護，中心控制也相對容易，當今該級別民機多采用此形式8.3進排氣系統(tǒng)設計該機型適合亞音速進氣道，下面確定其進口面積設計Ma=0.8由圖表圖SEQ圖\*ARABIC17得ACq嗎,fdj則A取內側唇緣半徑為進口端面半徑8%，0.09112m。外唇唇緣半徑為進口端面半徑4%，0.04556m。內部擴散角為8度擴散段長度等于端面直徑，2.278m該機型采用吊掛式發(fā)動機，選用翼下短艙布局：展向位置在35%半展長處，51.67÷2×35%=9.04m弦向位置根據(jù)經典法則，布置在距機翼前緣超前兩倍進氣口直徑位置，即距前緣4.556m，并在機翼前緣下面一倍進氣口直徑位置，即距前緣上方2.278m翼下短艙布置：短艙頭部下偏3度，內傾2度，便于機翼下面局部氣流保持一致排氣系統(tǒng)：所需噴管出口面積大概為進口面積0.5~0.6倍，這里折中選0.55倍,即2.241m尾部設計：為減小尾部阻力，后機身收縮角度需小于15度，本機型選取12度作為機身收縮角。9燃油系統(tǒng)設計9.1油箱類型選擇考慮到油箱布置充分利用空間，采用整體式油箱。為了使飛機的重心在合理范圍變化，水平尾翼也增添配平油箱，保證重心隨飛機燃油的消耗變化范圍保持在較小水平。油箱具體分布為：一個主油箱分布在左右大翼上，一個中央油箱在兩個大翼的根部和機身相連處，可以相互倒油．三個油箱都有相應的燃油泵并通過燃油管，單向活門等部件相連．另外在大翼的根部還有引射泵，用于充分利用油箱根部的死油?？傮w來說布局比擬常規(guī)。圖SEQ圖\*ARABIC18油箱布置示意圖9.2油箱的容積首先第一次近似計算所需油量，根據(jù)參考書目[3]中第131頁，油重占起飛重量的比例WfW0目標巡航升阻比為17.32，WfW0=0.5×117.32×粗略估計可得，中央油箱容積16.138m3，機翼根部內油箱容積20.7m3，中部外油箱容積7.8m3即可滿足要求。另使機身油箱重心距機頭27.5m，9.3油箱的安全與防火油箱的防火防爆很重要，需要有機載滅火設備，防火柵等，也可以考慮基于空氣別離器的機載惰性氣體生產系統(tǒng)(OBIGGS)進展燃油箱惰化，是一種經濟有效的方法,這種別離器采用了中空纖維膜氣體別離技術。據(jù)相關資料，采用OBIGGS對燃油箱進展惰化在中國還是一個興課題,能自主完成該系統(tǒng)能有效降低本錢。圖SEQ圖\*ARABIC19惰性氣體生產系統(tǒng)10.起落架布置圖SEQ圖\*ARABIC20圖SEQ圖\*ARABIC21采用前三點式、支柱式起落架，雙前輪，雙主輪。前輪向后收起至機身內，主輪位于翼下向內側伸長收起至機身內。經過計算和選?。翰恋亟铅?12°；防倒立角大于擦地角，β=20°；防側翻角θ=55°；停機角ψ=2°;前主輪距B=0.3×主輪距S=9.8m前輪承重W主輪承重W主輪每個輪胎承受重量W=主輪直徑d主輪寬度b前輪直徑d前輪寬度b前起落架和主起落架的三維效果圖如圖20，圖21。11.飛機三面圖圖SEQ圖\*ARABIC22左視圖圖SEQ圖\*ARABIC23正視圖圖SEQ圖\*ARABIC24俯視圖12.三維建模X-PLANE飛行模擬13.重量分析將飛機的各個局部拆分出來，并由一系列經歷公式計算每一局部的重量并求出重量矩，最后得出理論重心位置。根據(jù)實際情況，將飛機分為以下幾局部：機身、主機翼、前翼、平尾、垂尾、動力設備、動力附屬部件、起落架、燃油系統(tǒng)、機載設備、內飾以及意外重量。根據(jù)有關經歷公式，具體重量分析如下：a.機身：WF=Cfus×Ke×Kp×Kuc×Kdoor×(2×l×圖SEQ圖\*ARABIC25圖SEQ圖\*ARABIC26b.機翼：Ww=Cw×Kuc×K圖SEQ圖\*ARABIC27c.水平尾翼、垂直尾翼公式如以下列圖所示，其中系數(shù)kconf=1。故WWVT圖SEQ圖\*ARABIC28d.動力設備兩臺發(fā)動機及附屬機械構件，包括反推力裝置，重量綜合可以做以下估算：WE=2×e.動力附屬部件發(fā)動機短艙：發(fā)動機涵道比BPR=5.28，估算得WN=400kgf.起落架起落架總重WLG=0.04前起落架WNLG主起落架WMLGg.機載設備WSYSh.內飾WFURi.意外重量WCON下表為重量分析表。部件重量/kg距機頭距離/m重量矩/(kg.m)重心點取值機身1425724.2345019.445%機身長度機翼1403819.6275144.840%MAC水平尾翼426145.94195750.3440%MAC垂直尾翼195044.48658040%MAC前起落架1645711515中心主起落架3838.419.775616.48中心動力設備9383.720187674中心動力附屬部件36020720040%長度機載設備1443026.87387734.150%機身長度內飾9379.520187590估計空機73542.61760824.123.94m載荷43940261142440零燃油重量117482.62903264.124.71m燃油35180.3425.3890062.6滿燃油重量152662.93793326.724.8m意外總重2164.5起飛總重154827.44算得新的起飛總重為154827.44kg，與初始估計的144300kg相比，增大了7.3%，在可承受范圍內。14.配平及穩(wěn)定性分析配平方案在初始巡航時平尾不產生升力，此時全機配平圖如圖23所示。由對中心力矩平衡和縱向合力為零可得如下兩個等式。qq將數(shù)據(jù)代入可解得CLw=0.267由工程計算法CLα=2πA2+4+ACL∞15.主要設計參數(shù)匯總機長55.36m機身長度53.749m翼展51.67m機翼總面積267m機翼展弦比10機翼1/4弦線后掠角17°機翼尖削比0.25機翼上反角5°機翼翼型NYU/GRUMMANK-1平尾面積83m平尾展弦比4.12平尾1/4弦線后掠角34.24°平尾容量1平尾翼型NACA0012垂尾面積30.46m垂尾展弦比1.7垂尾1/4弦線后掠角42.11°垂尾容量0.09垂尾翼型NACA0012最大載客數(shù)230機身直徑5.35m起飛總重154827.44kg空機重73542.6kg零燃油重量117482.6翼載540kg/m推重比0.276第四章主要性能參數(shù)估算1.升力系數(shù)計算1.1機翼α0,jy∞≈0.3°(C(1)焦點計算C0=15.1%(CKCcp=CXX機翼焦點到機頭的距離：Xf,jy=x(2)升力線斜率計算Cχmax,cβ=k=CLα,∞Se=267mS=294m2(機翼當量面積,根據(jù)飛機外形圖估由以上數(shù)據(jù)，算得CLα=0.1041(1/°)，比之前用另一種工程算法的值要略微大一些。經討論，決定取用另一算法所得小值CLα=0.101(1/°)機翼零升迎角：α機翼的安裝角為2°，則機翼升力系數(shù)為：C1.2機身(1)焦點計算機身只考慮機頭之影響，按細長體計算，機身焦點到機頭距離為：xl故x(2)升力線斜率計算計算機身升力視其為旋成體，其升力線斜率為C1.3平尾平尾翼型采用對稱翼型NACA0012，CL∞α=0.11/°，Cdmin=0.016，平尾參數(shù)，lpw=18.5機身內局部,ljs,(1)焦點計算計算方法與機翼類似。根據(jù)平尾平均氣動弦前緣至機頭距離，可求出平尾焦點到機頭的距離xbl,pw=b0=lbbpw,acxpwSpw=lpwbtgΛ1(2)升力線斜率計算平尾的零升迎角α0,pw，平尾安裝角Cβ=1-0.82CLC平尾焦點到機頭的距離：x1.4全機的升力系數(shù)計算2.阻力系數(shù)計算2.1機翼〔1〕機翼零升阻力Cdmin,jyCf為平板摩阻系數(shù)，C機翼的雷諾數(shù)是3.88×107，選取Cf機身雷諾數(shù)是2.64×108，選取Cf尾翼的雷諾數(shù)是1.03×107，選取CfCcp機翼的零升阻力為0.004623，平尾的零升阻力為0.00583。〔2〕誘導阻力計算A=1e=4.611-0.045展弦比和后略角從機翼參數(shù)選取，代入公式中進展計算，機翼展弦比4.75，后略角37.30度，機翼效率因子e=0.799,機翼升致阻力因子A=0.0839，尾翼展弦比是4，后略角39.8度，尾翼效率因子e=0.814，尾翼升致阻力因子A=0.0978?？偟纳伦枇σ蜃覣=0.0839+2.2機身零升阻力計算。Re機身當量直徑d=4機身長細比L機身浸潤面積比S根據(jù)2CF(RE2.3全機的阻力系數(shù)計算C=0.11912.4極曲線C極曲線圖：縱坐標為CL，橫坐標為3.全機焦點和重心后限位置計算CkH≈0.95〔?ε?α=0.05〔平尾處氣流下洗角對迎角的導數(shù)，代入數(shù)據(jù)有0.125x焦點相對于平均氣動弦的位置：xx該值比擬大，原因一局部是前緣后掠角取值較大，而且重心本身就已經到了32%MAC，略微超出了該后掠角下重心的范圍，不過通過接下來的計算能說明這個值是可以承受的。圖：重心位置與平均氣動弦之關系重心后限距機頭：x通過之前的重心計算可認為全機重心在23.94m處，該值與計算值之差為：24.209-23.94=0.269m=26.9cm，可以適當調整較重的飛機固定裝載來將質心移至工程機翼機身平尾升力線斜率/0.1010.0350.0625焦點距離23.616.59846.106零升阻力0.0046230.0.00583誘導阻力0.0072忽略不計0.00153全機升力系數(shù)0.125全機阻力系數(shù)0.1191全機焦點距離/(24.959重心后限位置/(24.2094.飛行性能估算1、航程計算CLCD=17.32其中W可解得ESAR=0.2272×14.66×R=2、起降性能計算〔1〕起飛速度計算受擦尾角、飛行員視界限制的離地速度:Vs1Vld〔2〕起飛滑跑距離計算起飛滑跑分為三輪滑跑和抬前輪后的兩輪滑跑兩個階段。l1=12gbln?(a+bl1l總滑跑距離l〔3〕著陸速度計算Vjd〔4〕著陸滑跑距離計算la1b1a2=b2參考文獻[1]DanielP.Raymer,2006,“AircraftDesign:AConceptualApproach〞,AIAA[2]A.KumarKundu,2010,“AircraftDesign〞,Cambridge[3]LloydR.Jenkinson,1999,“CivilJetAircraftDesign〞,Arnold[4]顧誦芬，2001，《飛機總體設計》，北京航空航天大學出版社[5]柯鵬教師的授課教案小組成員分工姓名分工機身及艙室設計起落架設計飛行性能參數(shù)計算重量分析配平分析氣動性能參數(shù)計算機翼設計氣動性能參數(shù)計算翼型設計重量分析燃油系統(tǒng)分析整理報告機身及艙室設計動力系統(tǒng)設計氣動性能參數(shù)計算燃油系統(tǒng)設計飛行性能參數(shù)總體規(guī)劃、協(xié)調組織、整理報告重量分析氣動性能參數(shù)三維建模ceasiom操作燃油系統(tǒng)設計概念構思前期市場調查，確定設計目標；前期數(shù)據(jù)搜集；根本參數(shù)〔最大起飛重量、推重比、翼載、升阻比估算〕確實定；完畢語經過了近一學期的努力，我們小組終于順利完成了課程設計工程，有諸多收獲與體會，回憶整個過程，可根據(jù)展示之節(jié)點歸納為4個階段，茲此總結如下：1順利起航任務布置下來之后，新成立的小組有了一個良好的開端，組長很快召集大家對設計需求與方案構思展開討論，為第一次展示提供了較充裕的時間，每個組員都提出自己的設想與分析，為比照與選定提供了較大的選擇面，然而這也不全然是好事，很快我們就面臨了一個難題：每個人竟然提出的飛機型別都不一樣，從70座的支線客機到500多座的龐然大物，從中規(guī)中矩的常規(guī)布局，到翼身融合的典雅構型都有涉及。明明只有5個人的小組，卻討論出了包羅萬象的繁雜錯覺。頭腦風暴固然是好的，但是想再將其平息就不那么容易了，這么多意見，這么多可能，大家一時之間難以統(tǒng)一，各執(zhí)己見。好在經過梳理與歸納，大家對本次工程的一些要素達成了共識：一致認為要有高可行性，于是很快排除了各種怪物布局，他們的設計風險太大，難以交付使用，同時將超大客機也篩掉，按照我們的虛擬情景，10-20年后我國還很難造出這種飛機；要有高回報率，我們的飛機當然要有經濟追求，它的需求量與利潤不能低，以此為原則，排除掉了相比于主線客機需求量較小的支線客機，它們終將會有極大的開展，但大家認為不會是20年后；第三個要素是，挑好做的機型！這是每個組員的心聲，從沒試過飛機設計，前途一片迷茫，還是找一款經濟適用機吧…再加之其他因素，促使我們最終的方案選擇在200座級的飛機攜常規(guī)布局。到此我們小組的風格就已初步顯現(xiàn)：穩(wěn)重務實，腳踏實地。第一次展示也獲得了不錯的效果，與其他組別仰望星空的浪漫相映成趣。這一階段，我們最大的收獲是交流與溝通，理解與讓步，雖存異而求同，確立共同的目標。2初具雛形確定了設計目標后，大家進展了下一步的分工，各司其職，為第二次展示做準備。此階段做得比擬好的地方在兩個方面：一是預留時間多，是我們較其他組進展了相對更多的初步計算；二是分工明確，我們的工作按部件分配，誰做發(fā)動機，誰做起落架等等，而不是像某些組那樣按章節(jié)分配，誰做第幾章課件這種形式。我們這種分工有其優(yōu)越性，因為飛機設計課件的局部不同章節(jié)有對一樣部件的記載，按章分配會導致一局部信息重疊或缺損。而且按部件分配更直觀，組內成員索要并交換互相需要的數(shù)據(jù)時能更高效。然而因為這種模式也使我們出現(xiàn)了一些失誤，成員們得到設計部件設計任務后就更多地只關注自己那局部飛機設備的內容，并認為總的重要參數(shù)設計，起飛重量，推重比，翼載這些數(shù)據(jù)交由組長一人決定即可，沒有進展討論的必要。這使得組長的工作量驟增，并且每名成員都不大清楚這些最核心參數(shù)的由來，使之后的工作增加極大的隱患。然而當時我們并沒有意識到這一點，因為第二次展示我們的效果同樣相對較好，可謂處于業(yè)界領先地位。這期間的任務工作主要在于個人能力與認真程度，因為是初步計算，成員間相互的數(shù)據(jù)需求并不多。3.低谷盤旋前兩次展示的成功使我們有所懈怠，對第三次設計展示沒有引起重視，在之后較長的一段時間里沒有進一步的作為，組長對此表示自責，沒有盡到自己的義務提前組織好成員開展工作，然而這顯然不是一個人的過失，而是我們全員都沒有危機感，認為需要做的東西并不多，而且下一次的課上演示也僅僅是跟第二次相似的形式，提一提建議，做一做修改，以后時日還多。這導致組員幾乎在展示的前一天才匆匆聚集起來真正商討解決方案。我們的設想是在微薄之鹽集合后成員們進展更細致的計算并能更有效地向他人索取數(shù)據(jù)，可是那么做之后的效率仍然非常低，在舒適溫暖的柔光下，四周彌漫著誘人的香氣，我們一邊啃著薯條，一邊探討諸如翼載怎么選取這種早該解決的問題，當我們意識到重要參數(shù)需要集體解決，保證正確性時已經晚了，會算參數(shù)的不明白為什么算不對，不會算的又不明白怎么算，來不及弄清楚個中細節(jié)，只能搖旗吶喊予以精神鼓勵。。。。。。那一夜僅僅是針對翼載的計算為何出現(xiàn)極大偏差就持續(xù)了1個多小時，而最后也幾近無疾而終；那一夜每個人的有效工作量遠遠不及前階段各自的效率，雖然聚在了一起，但并沒解決問題；那一夜無根無據(jù)地應付著數(shù)據(jù)濫用著公式；那一夜，才真正體會到高效的團隊協(xié)作并不容易。我們小組對這一階段進展了全面的討論與反思，得到了如下結論：1誰說焦慮沒有用我們需要利用好這份危機感更好的處理事情。防止再次成為被溫水煮暈的青蛙。2每個成員都只注重自己所需做局部的內容是不可取的，飛機設計不是孤立的一個個組件，而是有機聯(lián)系的整體，每個人都需要對整個設計流程進展復習了解，才能更好的做好自己的工作并協(xié)助他人。3主要總體設計參數(shù)有一定的靈活性，大家對選值有自己的理解，再加之參考同類機型的數(shù)據(jù)，一起進展像第一階段那樣的綜合比對，才能得到比擬滿意的結果，才有信心做好下一步的計算。4信任問題，在該過程中局部參數(shù)的計算是錯誤的，這導致我們向他人索要需要的相關數(shù)據(jù)時不免有些擔憂參數(shù)不對怎么辦，本來公式就復雜，如果給的參數(shù)難以保證準確度，想認真算都需要勇氣。所以出臺規(guī)定：做自己那局部計算的時候要給出依據(jù)，力求能讓沒參與該局部計算的成員調用數(shù)據(jù)時也能安心放心。5時間裕量，下一次就是直接交稿了，不能夠一拖再拖，錯誤估計工作量，需要盡早準備，盡早再次分工細化。6借鑒經歷，局部組的word文檔技術報告都快完成了，而我們還在ppt上粘貼公式，實在失策，全員轉型用word編輯。還有就是學習他們報告的條理性與易觀性，合理編排，需要列表的地方不能偷懶。7計算值還是適宜值這是一個問題。就這一點組員間引發(fā)了分歧，局部成員“左傾〞，不管結果符不符合實際，選好參數(shù)等于多少就是多少，另一局部則偏右，不管運算怎么樣，湊也要湊出適宜值，顯然兩者都不可取。大家經過探討后發(fā)現(xiàn)，問題出在計算中的未知參數(shù)上，有些參數(shù)通過各種途徑都找不到，而其它計算又要用，這時自己隨意編造一個認為可以取用的數(shù)值去算，數(shù)據(jù)源都不能保障正確，尊重運算結果意義不大，嚴重偏離常識的結果就更不必堅持，很有可能是局部參數(shù)取值不對，比方又一次算起飛重量算才20t，經過檢查果然發(fā)現(xiàn)載荷取值有誤。然而另一種情況就截然不同，運算式中所有參數(shù)都是確定的，即使有一定的偏差得到的數(shù)也不應篡改。這樣運算方式得到了一致認同，于是我組成員在運算方面都成為了有~原則的人。犯的錯誤越多，卻也意味著得改正的時機越多，這一階段我們經過反思總結后有所提升，有信心在下一階段重整旗鼓。4.火力全開這四個字絕對準確的概括了截至最后期限前的工作狀況，期末考試終結之前大家仍然堅持擠出時間來進展該報告的書寫，考試成績因為這個下滑了幾個百分點的話柯鵬教師可要對我們負責喔~~不過說真的，投入大量時間做這個事情一點都不懊悔，因為我們發(fā)現(xiàn)自己能從中獲得很多樂趣與成就感，好似自己真的在從事設計工作，雖然會有諸如為重心位置糾結，為燃油缺乏苦惱的時候，但當經過一系列的運算得到設計結果時，會感到之前的努力與失敗是完全值得的。在這期間，尤其是期末考試完畢后大家終于可以盡全力做這個工程，真是非常盡興，其中也涌現(xiàn)出了大量先進人物，我們的組長朱云濤從早算到晚，經常熬到凌晨兩點，萬傲霜，鞠涵，張東旭，徐成林也都抵抗住了小伙伴邀約之誘惑，將課程工作放在首位。而且值得欣喜的是，我們的工作也變得富有效率，做到了高速便捷地通過qq群遠程共享數(shù)據(jù)并在其上探討問題。在這一階段我們才真正成為一個有效率的團隊，有時候會想剛開場就能這樣該多好，但是如果沒有前面階段的失誤與磨合，是積累不起來諸多珍貴經歷的。結語：可以自豪的說，經過這一系列的起承轉合，我們終于成為了一個高效協(xié)作的團隊，并成功集齊了課件中高效團隊列有的全部11款特性！相信這對我們以后的學習與工作都大有助益。致謝在此首先是所有人感謝所有人，能跟大家在一組真是太好了。課設不僅讓我們收獲了知識與能力，同時也讓我們更好地了解彼此，在這里要對提供應我們這個時機的教師致以衷心的感謝，他為人溫和熱情，治學嚴謹細心，在他的指正與鼓勵下，我們得以順利完成任務。另外在這期間，其他課程小組與我們進展經歷與技術交流并給予了無私幫助，讓我們有了更好的進步，在此表示由衷的感謝。附錄1：小組成員設計需求分析一覽表組員 最大需求分析預期客戶群運行區(qū)間客座數(shù)萬傲霜綠色超音速無人客機以中國為代表的開展中國家中長程航線，大型一線城市之間350張東旭大型客機公務出行者一線或者二線城市間175徐成林中小型客機國內各航空公司沿海開放地區(qū)西部交通不便地區(qū)中部旅游城市100鞠涵支線客機中，高收入水平群體局部地區(qū)短距離、小城市之間、大城市與小城市之間70朱云濤中大型環(huán)境友好型民用客機以中國為代表的開展中國家跨洲運行500小組成果綠色中型干線客機以中國為代表的開展中國家亞太地區(qū)230附錄2：國內在飛的大型客機根本介紹目前在我國在飛的大型客機主要是美國波音公司和歐洲空中客車公司的大型客機。波音有737,747,757,767,777,787空中客車有A310,A318,A319,A320,A330,A340,A350,A380波音737主要針對中短程航線的需要，具有可靠、簡捷，且極具運營和維護本錢經濟性的特點，但是他并不適合進展長途飛行。根據(jù)工程啟動時間和技術先進程度分為傳統(tǒng)型737和新一代737。傳統(tǒng)型737包括737-100/-200；737-300/-400/-500，新一代737包括737-600/-700/-800/-900。波音747飛機是美國波音公司研制、生產的四發(fā)動機遠程寬體民用運輸機，是首架寬體噴氣式客機，是一型研制與銷售都很成功的民航客機。1965年8月開場研制，1969年2月原型機試飛，1970年1月首架波音747交付給泛美航空公司投入航線運營。波音747雙層客艙及獨特外形成為最易識別的民航客機。自波音747飛機投入運營以來，一直是全球最大的民航機，一直壟斷著民用大型運輸機的市場，這種情況直到競爭對手空中客車A380大型客機的出現(xiàn)。波音757飛機是波音公司生產的200座級單過道雙發(fā)(動機)窄體中程民航運輸機。由于1970年代石油價格猛漲，燃油消耗占航空運輸直接使用本錢提高。當時所使用的民航客機燃油消耗較高，因此，迫切需要低油耗的新型民航客機。在20世紀70年代中期，波音決定研制200座級新機型以取代波音727、局部波音707。最初定名為7N7(N:窄體)，在獲得英國航空公司和美國東方航空公司的40架啟動訂單和42架意向訂貨后，波音公司在1979年3月正式啟動了7N7研制方案，1979年末，7N7正式更名為波音757波音757-200。波音767飛機是波音公司生產的雙發(fā)(動機)半寬體中遠程運輸機。波音767的客艙采用雙通道布局，主要面向200-300座級市場，用來與空中客車A300/A310系列競爭，主要是用來爭奪1980年代波音707、DC8、波音727等200座機中遠程客機由于退役而形成的市場。波音767系列大小介于單通道的波音757和更大的雙通道的波音777之間。1980年4月第一架波音767出廠，1981年9月26日第一架波音767飛機首飛，1982年7月型號合格證，同年9月交付，并于同年12月首次用作商業(yè)飛行。在1990--1992年交付數(shù)量分別為60、62、63架，到達的頂峰。原本波音方案于2007年底停產767系列，但在2007年3月接獲了27架767貨機訂單，因此停產方案延遲。截至2007年3月，波音共接獲1011架訂單。波音767被波音787取代。波音777是一款由美國波音公司制造的長程雙引擎廣體客機，是目前全球最大的雙引擎廣體客機，三級艙布置的載客量由283人至368人，航程由5,235海里至9,450海里〔9,695公里至17,500公里〕。波音777采用圓形機身設計，起落架共有12個機輪，是美國波音公司研制的雙發(fā)中遠程寬體客機。波音777在規(guī)格上介于波音767-300和波音747-400之間。波音777首飛時是民用航空歷史上最大的雙發(fā)噴氣飛機。波音787系列屬于200座至300座級客機，航程隨具體型號不同可覆蓋6500至16000公里。波音公司強調波音787的特點是大量采用復合材料，低燃料消耗、較低的污染排放、高效益及舒適的客艙環(huán)境，可實現(xiàn)更多的點對點不經停直飛航線。以及較低噪音、較高可靠度、較低維修本錢。波音787夢想飛機是航空史上首架超長程中型客機，打破以往一般大型客機與長程客機掛勾的定律。預計2010年787的單位造價為$1.38--1.88億美元?？罩锌蛙嘇310是歐洲空中客車工業(yè)公司在空中客車A300根基上研制的200座級中短程雙通道寬體客機。機身縮短，設計了新的機翼，采用雙人機組。典型兩級座艙布局，標準載客量220人。1978年7月開場研制，1982年4月3日首架原型機首飛。1983年3月11目獲得法國和德國兩國型號合格證，1983年3月29日開場交付使用。A300和A310之間有著良好的互操作性。A310是空中客車飛機家族開展的開場。A300和A310的市場表現(xiàn)保證了空中客車公司與波音公司的主要競爭對手地位，從而空中客車公司進一步成功的研發(fā)了A330/A340系列寬體客機。空中客車A320系列飛機是歐洲空中客車工業(yè)公司研制生產的單通道雙發(fā)中短程150座級客機。是第一款使用數(shù)字電傳操縱飛行控制系統(tǒng)的商用飛機?？罩锌蛙嚬驹谄溲兄频腁300/A310寬體客機獲得市場肯定，打破美國壟斷客機市場的局面后，研制的與波音737系列和麥道MD-80系列進展競爭的機型。A320系列僅次于波音737，是歷史上銷量第二的噴氣式客機。據(jù)空中客車工業(yè)公司預測，在1995年一2011年間，世界民航運輸業(yè)將需要大約1200架125座級的中短程客機，空中客車A319就是為爭奪這一市場而研制的中短程客機。A319是從空中客車A320直接派生的縮短型。A319工程發(fā)起于1993年6月，1995年8月首飛，1996年4月獲型號合格證，5月交付使用。全美航空的A319是空中客車A320的縮短型。與A320相比，機身截面尺寸與A320一樣，機身短3.73米，機翼上應急出口減少一個，機身后部散貨艙取消。由于使用與A320-200一樣的燃料容積以及較少的載客量，即2類布局情況下124名乘客，使其航程可以到達3900海里〔7200公里〕，是A320系列中航程最長的機型。高密度單一座位布局乘客148名。A319貨艙總容積為27.64立方米，前貨艙容積為8.52立方米，后貨艙容積為19.12立方米，能載運64噸或68噸的貨物。全集裝箱化的貨物總周轉時間可以至20分鐘完成。A319使用A320同樣引擎，起飛推力為97.8千牛一104.5千牛。該機有不少部位都使用了復合材料，如前起落架艙門、碳剎車盤、整流罩、客艙地板等。使得每個部