飞机总体设计大作业

飞机设计要求喷气支线飞机有效载荷：70人，75kg/人,每人行李重20kg巡航速：0.7Ma最大飞行高度：10000m航程：2300km待机时间：45分钟爬升率：0~10000m25分钟起飞距离：1600m接地速度220km/h一、相近飞机资料收集：飞机型号载客量最大起飞重量(kg)巡航速度(M)航程(km)飞行高度（m）ARJ-2178405000.82222511900CRJ-70070330000.78265611000ERJ-17070359900.82333412000二、飞机构型设计正常式布局：技术成熟，所积累资料丰富T型尾翼：避开发动机喷流的不利干扰，但重量较重机身尾部单垂尾后掠翼：巡航马赫数0.7,后掠翼能有效提高临界马赫数，延缓激波的产生，避免过早出现波阻下单翼：气动干扰经整流后可明显降低，结构布置容易，避免由于机翼离地太高而出现的问题-发动机数目和安装位置：双发短舱式进气、尾吊布局，可以保持机翼外形的干净，流过机翼的气流免受干扰。-起落架的型式和收放位置：前三点可以显著提高飞机的着陆速度，具有滑跑稳定性，飞行员视界要求易于满足，可以强烈刹车，有利于减小滑跑距离。安装于机身三、确定主要参数重量的预估1．根据设计要求：–航程:Range＝2800nm=5185.6km–巡航速度:0.8M–巡航高度:35000ft=10675m；声速:a=576.4kts=296.5m/s2．预估数据（参考统计数据）–耗油率C＝0.6lb/hr/lb=0.0612kg/(h·N)（涵道比为5）–升阻比L/D＝143．根据Breguet航程方程：DLMCaRangeWWfinalinitial)ln(代入数据：Range=1242nm；a=581Knots(巡航高度35000ft)C=0.5lb/hr/lb(涵道比为5)L/D=14M=0.7计算得：115.1finalinitialWW103.0tocruisefuelfinaltocruiseofendtocruisefuel．燃油系数的计算飞行任务剖面图1EngineStartandWarmup001.0/toF1WW2Taxiout001.0/toF2WW3Takeoff002.0/toF3WW4Climb016.0/toF4WW5Cruise187.0/toF5WW6Descent000.0/toF6WW7LandingandTaxiin003.0/toF7WW8ReserveFuel049.0/toF8WW总的燃油系数：175.0049.0003.0000.0103.0016.0002.0001.0001.0tofueltoF8toF7toF5toF4toF3toF2toF1tofuel．根据同类飞机，假设3个最大起飞重量值toW80000lbs100000lbs120000lbsfuelW14000lbs17500lbs21000lbspayloadW14600lbs14600lbs14600lbsavailemptyW51400lbs67900lbs84400lbs重量关系图交点：(30723kg,18688kg)6．所以最终求得的重量数据：emptyW18688kg0.608fuelW5376kg0.175payloadW6650kg0.216toW30723kg1推重比和翼载的初步确定界限线图2000300040005000600070008000900000.10.20.30.40.50.60.70.80.91翼载荷(N/m2)推重比界限线图起飞距离平衡场长抗风要求进近速度着陆距离第二阶段爬升巡航1巡航2地毯图0246810122.533.544.555.5x104最大起飞重量（kg）地毯图8000700060005000400030000.10.20.30.40.50.6W/ST/W起飞距离平衡场长第二阶段爬升巡航1巡航2抗风要求着陆距离进近速度选取翼载荷W/S=45002N/m;推重比T/W=0.35四、发动机选择：由推重比T/W=0.35,W=30723kg得T=10753，单发推力为:5376kg=11852lb参考同类型飞机ARJ-21、ERJ170、CRJ700选择发动机型号为通用电气CF34-8五、机身外形的初步设计1．客舱布置单级：全经济舱14排每排5人共70人座椅宽度：20in过道宽度：19in座椅排距：32in客舱剖面图：2．机身外形尺寸当量直径：3.4m前机身长度：4.32m中机身长度：13.97m后机身长度：7.62m机身总长：25.9m上翘角：14deg长径比7.6（M较低时，选用较小长径比）六．机翼外形设计CL=(W/S)/(0.5ρV²S)=0.496选择超临界翼型，由升力系数CL为0.496（翼载荷为4500N/m²），选择型号为NASASC(2)-04041．展弦比AR=82．梯度比λ=0.4，原因：升力分布接近椭圆形，诱导阻力较小，有利于减轻机翼重量和起落架布置。图如下：3．后掠角：Λ=25°后掠角不能太多太小，变化如下图：4．机翼厚度分布：平均厚度取0.10变化如图：阻力发散M大约是0.810.8。5．机翼参数如下：面积S=66.64m2展长L=23.08m弦长=4.12m=1.65m气动弦长：=3.06m前缘后掠角：=1.54平均气动弦长到翼根距离为4.02m机翼平面图如下：6．机翼安装角：翼型迎角2°时CL=0.4818可取，iw=2°扭转角采用负扭转：可以延缓翼梢气流失速。7.采用上反角：增加侧向稳定性和荷兰滚稳定性。并且可以增加外挂和地面距离。据统计值，中平尾取上反角4°8．翼梢形状：采用翼梢小翼结构，可以减少翼梢外气流漩涡效应，对漩涡进行遮挡，并且翼梢涡在翼梢小翼上产生升力，方向向前，减少阻力。9．内翼后缘扩展：可以增加根部弦长，便于起落架布置，降低根部弦剖面升力系数，便于气动设计。10．增升装置选择：=1.2=1.8可以选择三缝襟翼和前缘缝翼结合。襟翼相对弦长C襟/C=0.35襟翼展长L襟=8m11.副翼选择：根据统计，可取如下数据：S副/S=0.0625c副/c=0.25L副/L=0.25偏角=30°12．扰流片布置在后缘襟翼前面13．燃油容积计算，根据公式：=5833kg5376kg符合要求。14．机翼到机身前头距离:X.25m.a.c=46%xLFus=11.6815.机翼外形如图：尾翼1．平尾外形参数：纵向机身容量参数：=1.47其中：由纵向机身容量参数与平尾容量的关系：可以得到：平尾容量VH=4.352*32%=1.39其中：32%是重心变化范围取尾力臂LH=50%LFUS=12.95m，AR=4.0，λ=0.4，χ=30°由公式：其中：机翼面积S=66.64M2，机翼平均MAC=3.06M可得：平尾面积SH=21.88m2,展长l=9.36m，c根=3.3m，c尖=1.32m，平尾MAC=2.34m由统计值：升降舵弦长取ce/c=0.32平尾相对厚度t/c=0.06其中：c为平尾弦长，t为厚度翼型选择：NACA0006平尾形状如图：2．垂尾尾外形参数：航向机身容量参数：=0.195其中：由航向机身容量参数与垂尾容量的关系：可以得到：垂尾容量Vv=0.098取尾力臂LV=50%LFUS=12.95m，AR=1.5，λ=0.8，χ=30°由公式：其中：机翼面积S=66.64M2，机翼展长bw=23.08m可得：Sv/S=17.4%,垂尾面积Sv=11.64m2,展长l=4.2m，c根=3.07m，c尖=2.46m，垂尾MAC=2.77m由统计值：方向舵弦长取ce/c=0.30垂尾相对厚度t/c=0.09其中：c为垂尾弦长，t为厚度垂直尾翼翼型：NACA0008垂尾形状如图：七、发动机短舱初步布置已知：DF=49in涵道比μ=5总压比28最大使用马赫数0.8总空气流量Wa=666.6lb/s进气道唇口直径DIHDIH=0.037Wa+32.2在无风海平面和ISA下起飞额定推力的总空气流量Wa=666.6lb/sDIH=0.037*666+32.2=56.84in=1.44m主整流罩最大高度MHMH=1.21DF风扇直径DF=49in=1.22mMH=1.21*1.22m=1.48m主镇流罩长度LCLC=[2.36DF-0.01(DFMMO)2]最大使用马赫数MMO=0.8LC=[2.36*1.22-0.01*(1.22*0.8)2]m=2.87m风扇出口处主整流罩直径DFOmnWDFOa26.156.49)84.500036.0(2DMGminWDMGa94.037)5.4000475.0(2核心发动机气流出口处整流罩直径DJDJ=(18-55*k)0.5Where2.211lnOPRWKa取DJ=0.94m燃气发生器后长度LABLAB取1m短舱轴线的偏角和安装角偏角：短舱轴线相对于顺气流方向的夹角-2°安装角：短舱轴线相对于当地翼面弦线的夹角0°。八、起落架布置前三点式停机角2着落角16防后倒立角17主轮距B4.68m前、主轮距b=0.4Lfus=0.4×25.9=10.36m高度h3.0m机轮布置轮胎数目与尺寸主起落架40in*14in2个前起落架24in*7.7in2个九、重量估算与指标分配机身重量2)2(5.1(2)84.575.9(ffffffFUSHBHBLBpCMfL——机身长度(m)mLf9.25fB——机身最大宽度(m)mBf4.3fH——机身最大高度(m)mHf4.32C——增压机身系数，客机取0.79p——客舱内外压差，单位是巴(bar),典型值0.58kgMFUS3837机翼重量(1)理想的基本结构重量MIPS54.0)]/1(2.0[1103.30810secsec)1(12.11.0/200125.465.15.24.0256.66830723)72.01(2.2)44.034.01(3/secsec)1(19200655.05.25.175.0075.12025.0225.005.025.15.05.10MMrSMrANfsmVNCmSAkgMASAMSmfrNSAmmmMMZWaDracrCIPS0049.0033.0rCmm(2)修正系数0826.00005005.0002.00015.0007.0012.0004.002.030723×105.303.0022.0005.002.001.0003.0004.001.0004.00015.0001.05.05xC(3)机身对机翼影响147.0/1])431(0027.0)51[(13.12bBCfy(4)机翼总重0)(MCmmCMxrCywing3702kg尾翼重量水平尾翼的重量：kgSVMHDH431047.024.1垂直尾翼的重量：kgSVkMVDV158047.015.112动力装置重量kgMnCMengpow35413系统和设备重量kgMCMsys430104起落架重量kgMCM13830lglg使用项目重量kgPFnOPc152085有效载荷kgMPMfreightpayload665095最大起飞重量kgMMMMMMMMMM307230燃油系统和固定设备起落架动力尾翼机翼使用项目商载机身重心位置的估算1．各部件重心位置估算部件、载荷W（kg）X（m）机翼359012.17（调整后10.85）平尾、垂尾431+158=58925.12机身383712.43起落架1