南京航空航天大学：飞机总体设计：17

单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 1 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 飞机空气动力特性分析 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 2 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 飞机总体设计框架 设计 要求 设计 要求 布局型式选择 布局型式选择 主要参数计算 主要参数计算 发动机选择 发动机选择 部件外形设计 机身 机翼 尾翼 起落架 进气道 部件外形设计 机身 机翼 尾翼 起落架 进气道 总体布局 三面图 部位安排图 结构布置图 总体布局 三面图 部位安排图 结构布置图 分析计算 重量计算 气动计算 性能计算 结构分析 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 ？ 是否满足 设计要求？ 最优 ？ 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 3 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 内容提要 ? 有关空气动力特性的概念 ? 空气动力学特性估算的方法 ? 气动特性估算公式 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 4 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 空气动力特性 升力 ? 升力系数 ? 升力线斜率 ? 最大升力系数 襟翼未打开：C L,max,clean 襟翼打开：C L,max,flap Sv L C L 2 5.0 ρ = α α ?= LL CC 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 5 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 ? 阻力 ?阻力组成 废阻：摩擦阻力；压差阻力；波阻；干扰阻力 升致阻力 ?阻力系数 Sv D C D 2 5.0 ρ = ?极曲线 （ Drag Polar) 无弯度： 有弯度： 2 0 LDD KCCC += 2 min,,0 )( 阻力LLDD CCKCC ?+= 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 6 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 空气动力学特性估算的方法 空气动力学理论 计算方法 在飞机设计中的应用 经典理论 简化解析公式 半经验公式 细长体理论、面积律 概念设计 无粘线性位流 理论 面元法 升力面理论 总体初步设计和气动分析， 机翼弯扭设计 无粘非线性位流理论 小扰动位流方程或 全位流方程的数值方法 中等强度激波的 跨音速流 粘流理论 附面层方程解 无粘 /有粘交互计算 阻力计算 ，附面层修正，修 正无粘计算结果 无粘有旋流理论 欧拉方程数值方法 包括脱体涡的亚、跨、超音 速流场分析 粘性有旋流理论 N-S方程数值方法 包括分离流的复杂流场 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 7 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 气动特性估算公式 ? 升力线斜率 ? 亚声速 F S S C t L ） 参考 外露翼 ( ) tan 1(42 2 2 max 2 2 22 β χ η βλ πλ α +++ = 其中： 22 1 M?=β χ max,t 为翼型最大厚度线的后掠角， λ为展弦比，若有翼尖小翼，则： λλ 2.1= 有效 π β η α 2 l C = —翼型升力线斜率 αl C F为机身升力影响系数： 2 )/1(07.1 ldF += 或0.95 其中 d为机身当量直径， l为机翼展长。 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 8 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 ?超声速 1 4 2 ? = M C Lα )2.1( >M （超音速前缘） ? 最大升力系数 ? 襟翼未打开 大展弦比、中等后掠角和翼型前缘半径较大 )cos(9.0 4/1max,max, χ?= lL CC 小展弦比 max,.max,max, )( LbaseLL CCC ?+= 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 9 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 ?襟翼打开 襟翼类型与增升效果 计算公式 前缘 χcos)( max,max ??=? S S CC flapped lL 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 10 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 ? 废阻系数计算 ?等效蒙皮摩擦系数法 S S CC wet feD = 0 S wet 是飞机湿润面积 C fe 是等效蒙皮摩擦系数： 对于 Jet Transport: C fe = 0.0030 对于 Jet Fighter: C fe = 0.0035 S是机翼面积 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 11 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 ? 部件叠加法 (component build up method) 漏，凸,, 1 ,, 0 )( DmiscD n i iwetiiif D CC S SQFFC C ++ ??? = ∑ = 其中： C f,i 是部件的表面摩擦系数 FF i 是部件形状的因子 S wet,i 是部件的湿润面积 Q i 是干扰因子 C D漏，凸 是各种缝隙和凸物引起的阻力系数 C D,misc 是其他原因引起的阻力系数 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 12 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 1 ） C F ,i 的计算 C f,i 的大小取决于雷诺数、 M、表面质量；层流还是紊流？ 层流 (laminar) 紊流 (turbulent) 其中 : Re i 是各部件所对应的雷诺数 iarlaf C Re/328.1 )min( = 58.2 10)( )Re(log455.0 ? ?= iturbulentf C μρ /Re i VL= 其中 : μ是粘性系数， V是气流速度 L i 是所部件在气流方向上的平均长度 )%100(% )()min(, xCxCC turbulentfarlafif ??+?= 通常，典型翼面： X = 10-20% 层流层 ; 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 13 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 2）部件形状因子 FF i 的确定 部件形状因子用来估算压差阻力对废阻的贡献。 对于短粗物体，压差阻力在废阻中是主要部分。 对于细长物体，摩擦阻力是主要部分。 对于机翼和尾翼： ])(cos34.1[])(100)( )/( 6.0 0.1[ 28.018.04 m m i M c t c t cx FF χ??++= 对于机身和座舱盖： ] 400 )/( )/( 0.60 0.1[ 3 dl dl FF i ++= 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 14 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 对于短舱和其它平滑的外挂： )/( 35.0 0.1 dl FF i += 其中 :（ x/c） m 是翼形最大厚度的位置， χ m 是最大厚度线处的后掠角， (t/c)是是翼形相对厚度， （ l/d）是部件等效长径比，由下式确定： max )4()/( Aldl ?= π A max 是部件最大截面积 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 15 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 3）干扰因子 短舱： 如果短舱、外挂直接安装在机身上或机翼上，Q = 1.5 如果短舱、外挂安装位置在机身直径之内，Q = 1.3 如果短舱、外挂安装位置在机身直径之外，Q = 1.0 机翼： 如果导弹安装在机翼翼尖上，Q = 1.25 对于上单翼、中单翼或者带整流的下单翼： Q = 1.0 对于没有整流蒙皮的下单翼： Q = 1.1～1.4 机身： Q = 1.0 尾翼： Q = 1.04 ～ 1.05 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 16 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 4）各种缝隙和凸物引起的阻力系数 C D漏，凸 对于 Jet Transport: 增加 2-5% 对于 Jet Fighter: 增加 2-5% 5）其他原因引起的阻力系数 C D,misc 增加 5-7% 6）部件的湿润面积Swet,i的计算： 对于机翼和尾翼： 如果 (t/c) < 0.05; S wet = 2.0003·S 外露 如果 (t/c) > 0.05; S wet = S 外露 ·[1.977 + 0.52(t/c)] 对于机身、短舱和外挂： S wet = K·( A 俯 + A 侧 )/2 其中：K = π （ 椭圆截面） K = 4 （方形截面） 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 17 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 超声速飞行时： 波漏，凸,,, 1 ,, 0 )( DDmiscD n i iwetif D CCC S SC C +++ ? = ∑ = ? C f,i , C D漏，凸 , C D,misc 的计算同亚声速 ? C D波 的计算 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 18 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 ? 升致阻力系数计算 2 0 LDD KCCC += 当升力是理想分布（椭圆分布）时： 对于实际机翼： πλ 1 =k e k ? = πλ 1 e: Oswald翼展效率因子（ 0.7 ~ 0.85） 亚声速 ： 直机翼： 后掠翼： 64.0)045.01(78.1 68.0 ??= λe 1.3)(cos)045.01(61.4 15.068.0 ???= 前缘 χλe 超声速 ： 前缘 χ λ λ cos 214 )1( 2 2 ? ?? ? = M M k 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 19 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 ? 极曲线 （ Drag Polar) 2 0 LDD KCCC += 米格 -19飞机的极曲线 单击此处编辑母版标题样式 ?单击此处编辑母版文本样式 –第二级 ?第三级 –第四级 ?第五级 20 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 航空宇航学院 F-16飞机的极曲线