飞机总体设计方案报告.doc
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1、飞机总体设计任务二设计报告组号: 第三组组内成员: 1月18日摘要本小组在此文中对民用客机需求与发展作了简要简介,并通过记录分析与计算完毕了任务所规定设计内容。重要计算分析环节涉及:起飞重量计算,起飞推重比,翼载荷计算,翼型选取,外形几何参数计算与选取,机身及舱室设计,飞机动力系统及燃油系统选取与计算,重量分析与重心计算,以及重要性能参数估算,飞机操稳性分析和和飞行总体性能参数分析计算等。核心字:客机,宽体飞机,概念设计AbstractIn this paper our team describe the requirement and the development of civil air
2、craft and complete the conceptual design,assigned by prof,through numerous analyses and computation.The main steps of analyses and calculation include the calculation of takeoff gross weight,the calculation of takeoff thrust weight ratio and wing load,the selection of airfoils type,the choice of com
3、ponents geometry parameters,the design of fuselage and cabin,the selection and calculation of propulsion&fuel system,the estimation of weight and the check of gravity center,we also analyze the main performance parameters,stability control qualities and flight performance. At last,we check about ove
4、rall performance of the flight.Keyword:Airliner,Wide-body aircraft,Conceptual design 目录飞机总体设计1任务二设计报告1摘要1Abstract2第一章 方案设计51.设计背景52.设计理念63.设计要求7第二章 方案构思与设计草图8第三章 主要总体设计参数91.估计升阻比92.起飞重量的一阶近似93.推重比T/W的选取104.翼载W/S的选取105.机翼外形参数设计116.尾翼外形参数设计137.机身及舱室设计147.1几何参数估计147.2客舱设计与布置168.动力系统选择198.1发动机类型与选择198.2
5、发动机布置228.3进排气系统设计229燃油系统设计239.1油箱类型选择239.2油箱的容积249.3油箱的安全与防火2410.起落架布置2511.飞机三面图2612.三维建模2813.重量分析2914.配平及稳定性分析3315.主要设计参数汇总33第四章 主要性能参数估算341.升力系数计算341.1机翼341.2机身361.3平尾361.4全机的升力系数计算372.阻力系数计算372.1机翼372.2机身382.3全机的阻力系数计算392.4极曲线393.全机焦点和重心后限位置计算404.飞行性能估算41参考文献42小组成员分工42结束语43致谢47附录1:小组成员设计需求分析一览表48
6、附录2:国内在飞的大型客机基本介绍49第一章 方案设计1.设计背景 随着航空科学技术发展以及社会进步,地面交通已很难满足人们出行需要,自飞机诞生以来,由于飞机迅速性、舒服性等长处,航空运送已成为蓬勃发展支柱型产业。在亚太地区,人们对于中型客机需求越来越大。波音在市场预测中预言从至2032年亚太地区将会增长12,820架新飞机,据所有地区之首。(如图1所示)图 1()北京上海香港广州东京首尔吉隆坡莫尔兹比港北京上海香港广州东京首尔吉隆坡莫尔兹比港表 1表为亚太地区重要都市距离,另查得数据()有亚太地区距离北京最远都市是新西兰,相距。此外亚太地区国家和地区有文莱、柬埔寨、印度尼西亚、日本、朝鲜、韩
7、国、老挝、马来西亚、马绍尔群岛、密克罗尼西亚联邦、瑙鲁、新西兰、帕劳、巴布亚新几内亚、菲律宾、萨摩亚、新加坡、所罗门群岛、泰国、东帝汶、汤加、图瓦卢、瓦努阿图、越南、中华人民共和国、台湾地区、蒙古。在距离北京范畴内,除新西兰之外所有国家首都所有在内。见图。图 2亚太地区2.设计理念在设计背景中咱们初步得出结论航程为左右中型客机比较适合亚太地区。考虑环保目的(见图),该机还应具备较低燃油消耗率,污染物排放,以及噪声,同步具备较好场地适应性。即起飞距离较短,相相应空管水平规定不高。图 3环保目的考虑到200座左右中型客机种类最多,数量最多,因而零部件通用性更强,便于设计装配以及维修,客机载客数定为
8、人。3.设计规定重要设计规定:巡航速度巡航高度起飞距离3000m着陆距离2500m航程最大载客数机构成员人行李总重爬升率389m/min任务剖面:图 4任务剖面第二章 方案构思与设计草图 由于咱们设计客机,根据市场已有比较成熟既有机型,并受到诸多与安全性、经济性有关因素影响,其实概念草图很容易画出,并且并无过多选取余地。故采用正常式布局,后掠下单翼,翼吊发动机。如图5所示。图 5 概念设计草图第三章 重要总体设计参数1.预计升阻比由概念草图和经验值拟定浸润面积比,展弦比初定为,浸润展弦比,由经验曲线(书图2.17)预计最大升阻比。对于喷气式飞机,巡航升阻比,盘旋时为最大升阻比。2.起飞重量一阶
9、近似 依照任务剖面,不同任务区段重量比计算如下:a. 暖机和起飞:依照经验,。b. 爬升:依照经验,。c. 巡航:航程R=6000km,发动机巡航时SFC=0.5 1/hr ,巡航速度,升阻比。d. 盘旋:盘旋时间E约为20分钟,发动机盘旋时SFC C=0.4 1/hr ,盘旋时升阻比为。e. 降落:依照经验,。;燃油重量与起飞重量比:;空机重量与起飞重量比:采用复合材料,近似以为 。商载:每个人体重加行李取180kg,2名机构成员每人100kg,空乘14人每人70kg,为了满足意外条件,每人重量加5kg并增长3名空乘。则。可得:;;迭代如下表:初始计算值500000.481159931800
10、000.4681525001000000.4621492751300000.4551457041400000.4531447361443000.452144346初步选用,此时,。3.推重比T/W选用a.依照公式;依照普通涡扇发动机性能,。 。b.依照经验曲线,。初步选用其中较小者,4.翼载W/S选用 对于不同飞行阶段和飞行条件拟定不同翼载并在其中取合理最小值。a. 失速速度假设使用双缝后退开缝襟翼,四分之一弦长后掠角为,由经验值知,失速速度250km/h=70m/s , 空气密度(海拔3500m)。b. 起飞距离起飞距离4000m,由经验公式知起飞指数=220。c. 爬升率假设爬升率为400
11、m/min=6.7m/s,则爬升速度,3500m海拔下,爬升梯度G=0.08。爬升时推重比,,假设。偏小,可通过增大推重比来满足规定。d. 巡航11000m处。初步选用,W/S=540kg/5.机翼外形参数设计 依照翼载和,可得机翼参照面积S=267。机翼某些:1. 机翼展长51.67m。2. 选用1/4弦线后掠角X(1/4)=32,巡航速度高亚音速,前缘后掠角X(0)大小为37.30度。3. 综合考虑下单翼及后掠角,上反角为4度;4. 机翼材料:翼梁与机身接头某些采用高强度构造钢。机翼蒙皮分别采用抗压性能好超硬铝及抗拉和疲劳性能好硬铝。为了减轻重量,机翼先后缘采用玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)或
12、铝蜂窝夹层(芯)构造。尾翼构造材料采用超硬铝。并借鉴近年来机翼制造,如A350,上表面争取某些使用轻型碳纤维增强材料 5. 扭转角:3度6. 根梢比26之间,初估四分之一弦线后略角17度,选取根梢比为4,根部10m,尖部考虑翼尖小翼待定7. 客机对机动性没有过高规定,不采用边条,外侧低速副翼,内侧高速副翼,三缝后缘襟翼,每侧机翼上表面有铝制蜂窝构造扰流片8. 安装角定为两度9. 机翼前缘半顶角:52.7度10. 平均气动弦长7.5m翼型某些: 考虑巡航速度达到0.8M,选用超临界翼型。 本机最大起飞重量较重,宜选用最大升阻比大翼型采用超临界翼型NYU/GRUMMAN K-1。图8、图9、图10
13、 是NYU/GRUMMAN K-1 外形及升力特性曲线。图 6 NYU/GRUMMAN K-1 AIRFOIL图 7 气动特性曲线图 8 气动特性曲线(2)Reynolds number:100,000 Max Cl/Cd:39.81 at =4.25 Description:Mach=0 Ncrit=9 在雷诺数为100,000 临界密度为9时,该机翼最大升阻比为39.81,失速迎角4.25。机翼翼尖有翼梢小翼以增大有效展弦比,减小诱导阻力。翼型为NACA0012。6.尾翼外形参数设计 在保证足够稳定性和操纵性前提下考虑减轻重量因素,采用常规型尾翼。 依照经验取平尾尾容量,尾臂长,平尾参照面
14、积,展长18.5m,展弦比,1/4弦线后掠角,上反角为5度,无扭转角,安装角为2度。翼型采用对称翼型NACA0012。 依照经验取垂尾尾容量,尾臂长,垂尾参照面积,垂尾高7.2m,展弦比,1/4弦线后掠角,翼型采用对称翼型NACA0012。7.机身及舱室设计7.1几何参数预计依照机身长度与关系表图 9Lf=A0.366=53.749mA拟定最大当量直径= 0.482+0.5258+20.03+20.02+0.085=5.35m几点阐明:该截面尺寸比同级别飞机要大,必然会带来成本上升,然而咱们以为这样做是有必要并符合将来趋势,理由如下:1.这里0.525系数项不为2而是8因素是座舱采用2 4 2
15、布局,共八个座位。考虑到舒服性因素,座椅宽度选取要比同类型飞机略大,尚有一某些因素是有研究预测表白中华人民共和国人口肥胖率在将来10-类会有迅猛增长。据信息时报,欧洲空中客车公司宣布将在客机上设立尺寸更宽座位以满足体胖乘客需求;萨摩亚航空已开始“论斤卖票”,将按乘客体重收费;尚有报道指出美国男女发胖已使飞机座位不合原则,美国联邦政府规定飞机座椅强度原则以乘客体重170磅为准则。但是现时美国男子平均体重近194磅,女性平均体重为165磅,存在不安全因素。因此咱们不但要考虑座椅外形尺寸与否适当,其强度也需注意。2.同样地,出于舒服以及空间需求,走廊过道长度也略取大某些,这也是一种机型将来趋势,例如
16、空客A350其截面长度已达到5.58m!它在aviation week就将其宽阔过道作为主打点做过广告。有趣是B777针对此专门也做广告声明其宽度比A350还大,可见截面重要性。综上所述,牺牲一某些经济型来增进舒服性是可行,它所带来潜在利益也许更大。图 10如上图, A350 XWB内部布置宽阔B选定长径比参照同类型飞机,并依照经验数据图 11选取 ; ;注:取值略微超过图表,是由于参看同级型和比较新飞机其均要大某些,再加之考虑美观性因素,遂上调其值。7.2客舱设计与布置客舱设计中考虑因素繁多,故以列表形式阐明舱内布置与特性项目阐明备注(选取理由与优势)剖面圆形减少成本,受力性好舱位级别与座椅
17、布置头等舱2 2 2布局 /3列头等舱相对削减数量商务舱2 4 2布局 /5列越来越多乘客乐意选取商务舱,恰当提高比例可使利润越高超级经济舱(Premium Economy Class) 2 4 2布局/1至3列将经济舱再一次分级细化,简朴来说可以考虑将经济舱最靠前一排设为超级经济舱,因其前面没座位,空间更大。或专设一区段,提供更优质服务,如优先登机,等等经济舱2 4 2布局 /23列随着技术进步选取乘飞机价格会继续下降,越来越普通,承载量也会增大。可以考虑增设全经济舱机型过道数目与宽度2过道 每个宽482mm恰当增长过道宽度,增长回转空间座椅规格头等舱座椅有效当量宽度0.600m商务舱,经济
18、舱座椅有效当量宽度0.525m当量宽度包括了座椅扶手空间及相对宽度扶手与侧壁间距30mm机身框构造高度85mm机身框装饰层厚度20mm地板构造高度225mm依照当量直径与高度关系图排距头等舱1080mm商务舱870mm经济舱805mm该机型机身长度相对较长,可以满足更长排距规定行李架中间两列剖面为类半圆形+方形等效体积外侧两列为扇形等效体积拟专门为当前流行滚轴式旅行箱设计更宽敞头顶行李舱,可作为卖点之一地板下货舱形式LD1或LD2集装箱见货仓布置图厨房 均取原则布置卫生间 舱门个舷窗 为了更好飞行体验,增大了舷窗,但是没有超过普通太多,否则会影响构造强度与安全各构件位置详见座舱草图图 12机身
19、外形草图图 13货舱布置图 14座舱布置草图图 15剖面示意图8.动力系统选取8.1发动机类型与选取依照以及,则所需推力至少为T=1443000.2769.8=390.302kN,飞机采用双发布置,则单台海平面安装推力至少为195.151kN。在这一推力段发动机中,选取面非常大,诸如普惠公司pw4000系列中pw4052和pw4056,以及JT9D7R4。或者GE公司CF6-80C,或CFM国际公司所生产CFM56系列,罗罗trent 500等等。值得注意是,在飞机设计项目初期阶段,曾考虑使用中华人民共和国自研发动机,例如CJ1000-A,其推力级别在10000kgf-19999kgf之间,即
20、其最大推力也许高达196KN ,这个数据与所需最小推力几乎相等,风险较大,如果能将其推力再上升某些,也是值得考虑。下面是对几款可选类型发动机性能与参数对比。(数据来源于网络与参照年鉴)发动机型号CF6-80C2A通用PW4050普惠JT9D-7普惠Trent500罗罗外观质量/kg4246427240144835长度/mm4274390032563900最大高度269124802711/最大直径/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6.85.85.635.25涵道比5.2
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