飞机飞行动力学 (5).pdf

1 气动布局设计概述（二）同学们好！飞机气动布局设计不但包括机翼的设计，还包括机身、稳定面和操纵面等辅助气动力部件的设计及其综合设计。下面首先介绍机身设计。一、机身设计 机身由前机身和尾部机身两部分组成，中间由中央翼分开。机身主要装载乘员、机载设备、动力装置及燃油等，把各翼面连成一体。设计机身时需要考虑的因素有：（1）机身最大截面、长细比、外形曲线；（2）机身头部外形、截面形状、长细比、弯度；（3）座舱盖风档形状、风档后掠角、座舱盖截面和长细比；（4）进气道和机体的综合设计；（5）后机身和尾喷管的综合设计，进行跨声速面积律的修形；（6）翼身整流，包括机翼、机身的整流以及鼓包的外形整流等；（7）翼身融合设计等。机翼和机身之间以光滑的曲线连成一体就形成翼身融合体。翼身融合设计后，翼根区加厚使飞机容积增大，增加了结构空间；翼身光滑连接，有利于隐身；机身也产生较大升力从而可改善飞机的飞行性能。二、稳定面设计 飞机尾翼的主要作用是保证飞机纵向和横航向平衡，使飞机在纵向和横航向具有必要的稳定性，并实现对飞机的操纵。一般的尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。亚音速飞机的平尾一般由固定的水平安定面和升降舵组成。现代很多的高速飞机采用全动式平尾，用以提高纵向操纵效能。垂尾由固定的垂直安定面和方向舵组成，也有些超音速战斗机，为增强方向静稳定性，采用双垂尾布置。还有一些飞机采用前置鸭翼、V字形尾翼等尾翼配置。飞机大迎角飞行时，垂尾的稳定效果变差，导致方向稳定性减弱，有的飞机在后机身下部设计有单腹鳍或双腹鳍。尾翼和机翼设计基本相似，但不同飞机的技术要求不一样，尾翼在飞机上的形状、尺寸、安装位置也不相同。飞机常见的尾翼布局形式有：机身水平轴线面处的平尾、垂尾根部的平尾、十字型尾翼、T 型尾翼、双垂尾尾翼等。三、操纵面设计 飞机的操纵特性取决于各操纵面的设计，包括：俯仰操纵面、航向操纵面和横向操纵面。（一）俯仰操纵 俯仰操纵主要由升降舵或全动平尾偏转后产生的俯仰力矩增量来实现。升降舵安装在水平尾翼的后缘，其结构和机翼基本相同。飞机超音速飞行时，激波后的扰动不能前传，舵面偏转后往往不能改变平尾上压力分布，无法共同提供操纵力或平衡力，因此平尾效能下降；此时飞机的纵向稳定性因压力中心后移而增加，为解决操稳矛盾超音速的飞机通常采用全动平尾。（二）航向操纵 航向操纵主要由安装于垂尾上的方向舵或全动垂尾偏转后产生的偏航力矩增量来完成。方向舵与升降舵 2 一样，通常是由梁、肋、蒙皮和后缘型材组成的无桁条单梁式结构。有些飞机的方向舵也采用全蜂窝结构和复合材料结构。（二）横向（滚转）操纵 滚转操纵主要由副翼偏转后产生的滚转力矩增量来完成。副翼的结构型式有很多种，主要有内副翼、外副翼及混合式副翼。不同的飞机，副翼的数量也不同，一般飞机的副翼都是在机翼的外侧。副翼在外形和结构上与机翼类似，一般都由梁、翼肋和蒙皮构成，现代飞机也有采用复合材料和蜂窝结构的。有些高速飞机把副翼从机翼外侧移向靠近机身的内侧，叫做“内侧副翼”。采用内侧副翼是为了防止飞机高速飞行时，因机翼在副翼偏转时引起的扭转变形而发生“副翼反效”现象。四、进气道和机体综合设计 飞行器设计时，对机体和进气道的设计要求存在一定的差异，气动方面对机体的要求是高升阻比，较小抬头俯仰力矩以及良好的前缘热环境特性，而发动机对进气道的要求则是在保证足够流量的同时，要有高的压缩效率。在高超声速巡航飞行器设计中，把进气系统与飞行器结合在一起考虑，根据各自的流动特点及工作要求，进行高效的一体化设计，以避免或减小不利的相互干扰，并尽量利用有利的相互干扰。进气道和机体综合设计包括的内容有：（1）进气形式：主要包括机头进气、翼根进气、机身两侧进气、腹部进气、翼下进气、背部进气、短舱进气、腭下进气等；（2）进气口前后位置；（3）进气口与机身外形综合设计；（4）短舱位置的确定等。五、喷管和后机体综合设计 对后机身、尾翼和喷管系统的后机体一体化设计，目的在于降低阻力并得到飞机后部绕流的有利干扰。对单发动机和双发动机两种布局形式，一体化设计应考虑的因素有：后机体绕流的分离，水平尾翼与垂直尾翼的相对位置，对舵面的整流，尾翼支撑桁架的使用位置和整流，使用腹鳍与否等。喷管和后机体综合设计包括的内容有：（1）喷管形式：包括收敛喷管、收敛扩散喷管、引射喷管、锥形喷管等。喷管形式一般由飞机和发动机共同确定。（2）推力矢量；（3）喷管与机身外形综合设计；（4）尾翼与喷管的干扰。六、外挂物布局设计 外挂物布局设计包括的内容有：外挂物的位置有：翼下、翼尖和腹下外挂等；外观形式有：半埋式外挂和保形外挂等。飞机气动布局设计除了上述方面外，现代作战飞机设计时往往还需要进行隐身气动外形设计，后续我们再进行分析。好了，这次课程就讲到这里，再见！