第15讲：飞机总体布局

航空宇航学院飞机总体布局航空宇航学院飞机总体设计框架设计要求布局型式选择主要参数计算发动机选择部件外形设计机身机翼尾翼起落架进气道总体布置部位安排结构布置外形协调与设计三面图外形理论图分析计算重量计算气动计算性能计算结构分析是否满足设计要求？最优？航空宇航学院内容提要•全机几何外形协调和修正•绘制飞机三面图•飞机内部装载的布置•飞机主要承力结构的布置航空宇航学院全机几何外形协调和修正•基础-已确定的飞机的构型-各部件的几何参数•手段-计算机辅助几何设计软件（CAD）AutoCADCADSCATIAUGPro-E航空宇航学院计算机辅助几何设计航空宇航学院AutoCAD的几何造型YF-22AD-400航空宇航学院高速民机翼身融合体布局航空宇航学院绘制飞机三面图•选择三面图的比例和图纸大小-三面草图的比例：1:20；1:50；1:100-图纸大小：0#，1#，2#，3#•绘制机身的外形-视界的要求–对于发动机装在机身内的情况：重点进气道进口及发动机尾喷口与机身协调•在机身尾部画出水平尾翼、垂直尾翼和方向舵等的外形视图。航空宇航学院•绘出机翼的外形-根据所选定的尾力臂,确定机翼前后位置；-根据布局型式，确定上下位置；-根据机翼安装角，绘出根弦与机身水平基准线之间夹角；-画出襟、副翼几何外形，并标出它们的偏角和位置。-画出机翼的平均空气动力翼弦。•画出起落架的前轮和主轮绘制飞机三面图（续）航空宇航学院•尺寸标注与标题栏-总体尺寸：-部件尺寸：-部件相对位置尺寸：尾力臂，……,-特征尺寸：bA,后掠角，防后倒立角等。参见：附录B（p162-165）绘制飞机三面图（续）航空宇航学院航空宇航学院航空宇航学院飞机内部装载的布置•飞机内部装载布置包括：-座舱布置-动力装置（进气道、发动机、尾喷管等）-燃油系统（油箱、导管及主要附件）布置-主要载物舱、客舱和乘员舱、武器弹药布置-电气设备、雷达及主要天线的布置-起落架及其他结构性装载的布置-液压、冷气、操纵、高空系统的布置航空宇航学院飞机内部装载布置的要求•工作条件、技术要求与使用维护要求；•避免突破飞机气动外形，留有足够结构高度；•按类别将装载物相对集中，使结构能综合利用，并使电缆、导管连接最短，以便减轻重量；•满足飞机重心位置的要求。航空宇航学院飞机内部装载布置的方法•先安排主要的装载•逐步协调•直到把全部装载和各个系统安排妥当航空宇航学院座舱布置•要求：–保证飞行人员有良好的工作条件、舒适的乘坐环境1.座舱的尺寸要适当，不能太挤；2.仪表板与操作台上开关、手柄等的安排要符合驾驶员操作习惯；3.空调、通信以及照明等设备和系统的布置要保证良好的工作环境；4.座椅与驾驶杆和脚蹬的相对位置，驾驶杆与脚蹬的操纵杆力和行程都要合理。航空宇航学院座舱布置•要求（续）：-保证驾驶员有良好的视界例如：F-16采用气泡式舱盖协和号和图-144在起飞着陆时将机头向下折-安全可靠的弹射救生系统几何尺寸必须满足弹射救生系统的需要；航空宇航学院F-16的气泡式舱盖航空宇航学院图-144在起飞着陆时将机头向下折航空宇航学院我国歼击机座舱的标准尺寸航空宇航学院客机空勤组座舱布置航空宇航学院728JET航空宇航学院座舱布置•方法1.用计算机设计设计（CAD）软件进行立体造型2.按1:1的比例制作木质样机进行布置航空宇航学院动力装置布置的要求•保证在各种飞行状态下发动机都能正常工作-应使发动机的轴线与飞机的水平基准线相重合-要考虑到进气道及尾喷管调节系统的安排•尽可能减小飞机总阻力和降低发动机推力损失•应采取对发动机及尾喷管进行冷却和隔热措施-布置导风罩-从进气道或机身外部引入冷却空气-隔热层•便于发动机的拆装和维护•发动机的各支点接头处应有足够的强度和刚度航空宇航学院燃油系统布置：类型与原则•油箱的类型：-金属的硬油箱-橡胶的软油箱-整体油箱航空宇航学院•油箱布置原则：充分利用机翼和机身的内部空间。应让各油箱的组合重心位置与飞机重心靠近燃油系统应能自动调节燃油的消耗顺序，控制重心变化范围。歼击机重心变化范围一般在5％平均气动弦以内。外挂副油箱的重心尽可能与飞机重心相重合。燃油系统布置：类型与原则航空宇航学院军用飞机武器的布置•要求：-满足所装武器的要求；-要考虑武器发射时对飞机重心位置的影响；-保证武器发射时，不影响发动机正常工作；-保证维护和使用方便。航空宇航学院•布置方式：-外挂式-半埋式-机内式-保形式航空宇航学院起落架的布置•任务：–起落架支点和转轴在承力结构中的安装位置；–起落架舱的安排：起落架机轮收入机体中的舱室位置航空宇航学院•要求与所要考虑的因素：-必须保证各项几何参数及与飞机重心相对位置:a.检查其在放下位置时着地点、轮距和高度等参数是否满足要求；b.减震性能，强度、刚度要求;c.尽量降低其高度、减小几何尺寸和减轻质量;d.收放过程中对飞机重心位置的影响。-收藏起落架所占的空间-在机体上安装点的位置应与机体结构主要承力构件的布置相协调-起落架的收放系统的考虑航空宇航学院设备舱布置的原则•工作条件相近的同类设备应布置在一起•设备舱的环境条件应满足所装设备的技术要求；•保证维护、使用方便；•应与飞机重心的调整一起考虑航空宇航学院操纵、电气、液压、冷气等各种系统的管路、电缆等布置•避免与飞机结构及其他内部装载发生干扰•考虑生存力的因素航空宇航学院Aglanceatsomeofthemajordesignmistakesinthepast•Inamilitaryaircraftintendedforlowaltitudeoperations,criticalhydrauliclineswerelocatedbehindtheleadingedgeskin,sothatalargebirdstrikemightcauseafatalcrash.•Inseveralcommercialtransportprograms,flightcrucialhydrauliclineswerelocatedsothateitherlocalstructuralfailureorseparationofrotatingmachinerymightcutalllinessimultaneously,leavingtheairplaneuncontrollable.Fromaircraftdesign:wheredoesitstand?ByRoskam,AerospaceAmerica,Sept.1991航空宇航学院主要承力结构布置的原则•保证飞机结构具有足够的强度和刚度•有利于减轻结构重量•便于维护和使用•良好的工艺性•内部装载的要求•主承力构件的综合利用航空宇航学院航空宇航学院航空宇航学院航空宇航学院AD-400总体布置航空宇航学院F-18总体布置立体图航空宇航学院“狂风”战斗机总体布置立体图航空宇航学院DesignFreezeAchieved171063D-SolidsintheDMU728JETProgram航空宇航学院FlexibleDesigntoMeetHighestCustomerRequirements.FwdFASeat(ViewFwd)ForwardGalley(ViewFwd)ForwardWardrobe(ViewAft)ForwardLavatory(ViewAft)RearGalley(ViewAft)RearLavatory(ViewAft)728JETand928JETGalleysandWardrobes