超音速客机概念设计项目组工作报告.docx
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1、超音速客机的概念设计团队工作报告专业名称 航空学院飞行器设计与工程团队成员 龚雪淳 潘环 龚德志 李亮指导教师 张科施 杨华保 李斌 宋科 范宇完成时间2023 年 6 月 15 日本科毕业设计论文摘 要本工程是进展一款型的超音速客机的概念设计,工程团队成员由来自西北工业大学航空学院 2023 级飞行器设计与工程专业的四名本科生及四名指导教师和一名争论生组成。该工程完成了一款载客量 200 人,巡航马赫数 2.0,航程 1000012023 公里的超音速客机概念设计。工程团队成员分别是龚雪淳(团队组长)、潘环、龚德志、李亮,工程指导教师分别是杨华保、张科施、李斌、宋科、范宇。21 世纪,人类对
2、航空器的争论将更加关注,航空技术将成为世界各个国家经济进展的一个最重要的标志!5 年前,“协和”客机最终一次让乘客感受突破音障的感动瞬间,由于事故频发,这种高科技产物被迫退出历史舞台。然而,人类追赶超音速旅行的梦想并没有像流星一样,一闪即逝。现在,包括美国、英国、法国、日本、中国、俄罗斯等在内的多个具有航空研发力量的国家都在乐观投入大量经费,来研制自己的超音速客机方案,以求在将来的航空领域中占有一席之地,一场没有硝烟的战斗已经打响。通过该工程的团队合作争论,提高了我们的创力量和分析问题、解决问题的力量,培育了我们严谨认真的工作态度和团队协作的精神,让我们懂得了团队的重要性,懂得了如何与人沟通,
3、协作。同时,工程的实施也让我们提前适应了将来的工作模式和工作气氛,生疏上更进一层。第 1 页共 36 页本科毕业设计论文目 录摘 要1第一章 工程简介31.1 工程选题背景31.2 工程团队成员及指导教师状况51.3 工程创点与特色61.4 工程成员工作协调状况介绍7其次章 工程争论成果82.1 总体争论成果82.2 气动争论成果122.3 构造争论成果142.4 人机环境与关键技术争论182.5 工程成果评价20总结与体会21附录 工程团队例会记录单25附录 设计参数更改记录单34第 2 页共 36 页本科毕业设计论文第一章 工程简介1.1 工程选题背景自从莱特兄弟为人类插上翅膀的一个世纪以
4、来,飞得“更快、更远、更高” 始终是人类不断追求的目标。此间,随着航空技术的不断进展进步,航空运输业也取得了飞跃的进展,为了满足人们超音速飞行的梦想,二十世纪 60、70 年月, 俄罗斯的图-144 和英法联合研制的“协和”超音速客机相继登场,演绎了一段曲折、辉煌的超音速客机飞行史,最终由于安全性、经济性等缘由退出了历史的舞台。然而,人类的超音速之梦并没有由于前进道路上的一点挫折挥之而去。目前,超音速和超群音速客机方案再次被众多航空大国提上了研制的日程,以求在将来的航空领域中占有一席之地,一场没有硝烟的战斗已经打响。图 1.1 协和超音速客机超音速客机能够满足人们对超音速喷气式旅行的渴望,更重
5、要的是使乘客大大削减不必要的旅行时间,是一种更快速、更经济的客机。目前全球空运市场的快速扩大将给超音速客机带来光明的前景。除空客、波音外,全球很多飞机制造商都对其次代超音速飞机有所规划,估量到 2025 年时,超音速客机市场将迎来高速增长的全盛时期,而到 2050 年,搭乘超音速航班的旅客将占全部航班乘客的 10%至 20%,届时在全世界开通的此类航线可能将多达数百条。而在军事上, 争论超音速和超群音速技术,可以大大提高一国的航空研发力量和国防实力。第 3 页共 36 页本科毕业设计论文图 1.2 波音的HSCT 方案超音速客机争论的两大难题就是噪音大和本钱高,本争论工程首先总结了第一代超音速
6、客机(协和、图-144 及波音、洛-马的超音速客机方案)的设计特点及失败的缘由,对其存在的问题进展了深入的争论、分析和比较,并提出了可行性的设计技术指标,并由此确定了本争论工程的超音速客机设计方案。本工程成员都来自航空专业,对飞行器的设计及将来飞行器的设计思想和设计理念尤为关注和热衷,且在此之前已经积存了大量的有关飞机设计方面的学问和实践阅历,这些贵重的学问财宝和实践阅历帮助我们在此次工程中顺当的进展争论和创设计。飞机总体设计飞机构造设计空气动力学 构造力学飞行器性能计算 飞机操纵性与稳定性 学问根底超音速客机设计飞机设计大作业运十机翼机身构造分析航模制作实践根底图 1.3 工程组成员学问及阅
7、历积淀第 4 页共 36 页本科毕业设计论文1.2 工程团队成员及指导教师状况本工程团队成员由来自西北工业大学航空学院 2023 级飞行器设计与工程专业的四名本科生组成,其分工状况根本如下表 1.1表 1.1 超音速客机设计团队成员及导师根本状况团队成员龚雪淳(组长)专 业分 工总体设计及小组工作协调指导教师职 称争论方向张科施副教授飞行器设计飞行器潘 环设计与气动设计宋 科讲 师流体力学龚德志工程构造设计李 斌副教授固体力学李 亮人机环境与关键技术杨华保/范宇副教授/争论生飞行器设计由上表 1.1 可以看出,每一位工程团队成员都有一位专一的指导教师,工程执行过程中针对其进展指导。其中龚雪淳任
8、工程团队学生组的组长,负责超音速客机的总体设计工作和工程成员之间的设计工作协调处理、团队工作汇报等;潘环主要负责超音速客机气动方面的设计工作,包括机翼、垂尾和鸭翼翼型的选择, 增升装置的设计,及相关气动特性的分析计算;龚德志主要的任务是进展超音速客机构造受力及气动热的分析,构造布置, 材料选择;李亮主要进展超音速客机关键技术,包括音爆、噪音和发动机排放的争论,以及客机内、外环境的分析和有关参数的可行性定量计算。工程团队的指导教师都来自航空学院,指导教师的负责人、组长是张科施教师,她同时是龚雪淳的设计指导教师,帮助指导其完成总体设计任务;宋科教师主要负责指导潘环进展飞机气动方面的设计工作,给其指
9、引争论方面,供给争论途径和方法;构造设计的指导教师是李斌教师,他对龚德志的构造设计供给了大量的建设性意见和帮助;李亮的争论工作得到了杨华保教师和范宇学长的大力支持。虽然设计工作有所分工,但是团队是一个整体,工程执行中我们每个成员不仅仅要了解自己主要负责方面的设计、争论状况,也要把握了解其它方面的有关要求,设计思想。第 5 页共 36 页本科毕业设计论文1.3 工程创点与特色本工程运作过程中,我们以一种不同以往的类似于科研单位的实战工作模式来进展,让我们提前适应科研的气氛和工作方法。u 团队每周定时召开小组例会,小组成员可随时就某项问题进展争论团队小组每周至少开一次小组例会,小组成员及指导教师都
10、必需出席此次例会。例会上学生对上周的工作进展总结阐述,并提出设计中遇到的问题,然后指导教师和学生一起争论如何来解决,最终提出一个可行性的解决方案,假设例会上无法马上解决,可商定时间单独约见学生,进展进一步的探讨,查找解决问题的途径。之后每个人都要提出自己下一周的工作打算。学生对设计工作进展阐述后,指导教师可对学生的工作进展点评,也可提出问题让工程成员来答复,以保证其设计工作无误。另外,负责各个方面涉及的成员之间也可以相互提出问题、及设计进度要求,以保证工程的质量和进度。局部小组例会记录见附录一。除了每周的小组例会,设计过程中一旦遇到问题,我们团队成员之间就可以马上开放争论,争论出可行性解决方案
11、,然后马上进展计算、分析,验证此方案是否可行,是否是最正确解决方案,如难以下定论,可找教师解答或在下周小组例会上提出。这样处理问题的方法,节约时间,而且每位成员都了解问题的症结, 且都能参与到解决问题的过程中来,实现了团队的一体化协作。另外,如遇到需做重大的参数改动,需例会争论通过且报总师签名,如附录二中的参数改动记录。u 课题颖、激发创灵感,争论意义深远对于我们来讲,超音速客机的争论设计是一个崭的课题,而且国内外超音速客机设计方面可查的资料很少,可以使用的阅历公式也几乎没有,这在设计过程中充分调动了我们的创性。设计过程中我们充分查阅国内外期刊资料,认真分析、计算,再结合亚音速客机的设计,及指
12、导教师的建议和帮助,发挥自己的创思维和分析问题、解决问题的力量,保证了设计进度和设计结果的可行性。由于超音速客机不同于以往的亚音速客机,其特别性显而易见,其设计涉及到航空材料、发动机技术、噪音等众多领域。对超音速客机进展初步的设计争论, 有助于分析超音速客机研制的可行性、必要性及其重大意义。第 6 页共 36 页本科毕业设计论文1.4 工程成员工作协调状况介绍工程进展中,团队成员之间的设计工作常常需要协调,有时候两个成员之间设计上会消灭冲突,这就需要我们之间能够很好的协调来处理这些冲突和问题, 成员之间的协作关系如以下图 1.4 所示。气动设计(潘环)构造设计(龚德志)总体设计(龚雪淳)人机环
13、境与关键技术争论(李亮)图 1.4 工程团队成员工作协调状况示意图工程进展过程中,总体给气动设计提出飞机各个不同阶段的升阻特性要求, 然后负责气动的同学依据提出的要求选择适宜的翼型并进展升阻特性计算,并把结果反响给总体;构造设计的同学依据总体的设计方案及重量安排要求及气动的升力分布进展受力分析,构造布置,并和总体、气动的同学进展协调;人机环境及关键技术争论的同学,针对本超音速客机设计,提出可行性的设计理念及应当到达的设计指标,然后总体、气动和构造设计的同学依据其供给的信息,进展设计的优化。成员之间的关系就如上图所表达的一样,反复协调,屡次优化,最终得到我们的设计结果。另外,我们小组成员每周进展
14、屡次小组争论,对有关问题进展充分的争论,各抒己见,争论对策和可行性方案,发挥各自的专长,提出创性的建议和意见。第 7 页共 36 页本科毕业设计论文其次章 工程争论成果经过团队四名成员三个月的不懈努力,我们已根本完成毕业设计任务超音速客机的概念设计。具体完成的工作包括:超音速客机总体布局方案确实定,飞机总重量的计算及总体参数的选择,飞机部件具体参数的设计,翼型的选择,飞机气动性能的分析,构造的布置和选材,全机的气动特性校核、飞机飞行性能计算,经济性评估分析等。在毕业设计的创作过程中,我们把握了解以下软件的使用,模型建立三维软件 CATIA,气动分析用的 Fluent、Gridgent、CFD、
15、VisualFoil,翼型选择软件Profili、Designfoil,构造设计分析软件 Ansys。2.1 总体争论成果在设计过程中,总体方面主要完成了飞机布局形式的方案选择,起飞总重量的计算及重量的安排,推重比和翼载的选择,机翼、机身和乘客舱的设计,垂尾、鸭翼的设计,起落架形式及几何参数的设计,飞机气动特性的分析,飞机飞行性能的计算,客机运转经济性的初步分析。一、 超音速客机总体布局方案确实定在对以协和为代表的第一代超音速客机进展了系统的调研、分析后,得出本设计方案,如图 2.1。本机承受 S 形前缘的双三角下单翼,前鸭翼无尾式布局。图 2.1 超音速客机概念图第 8 页共 36 页本科毕
16、业设计论文二、飞机技术几何参数表 2.1 超音速客机重量特征类 别重 量占总重量飞机总重量275250kg100%有效载荷25000kg9.1%空机重量106250kg38.6%燃油重量144000kg52.3%表 2.2 机身、客舱几何参数机身长机身最大高度机身最大宽度长细比74.6463.96m3.80m19.24客舱长度客舱最大高度客舱最大宽度座位数50.552.123.54200机翼参数:机翼面积-540.732 安装角3展弦比-2.0上反角-1.5图 2.2 机翼几何外形平面图第 9 页共 36 页本科毕业设计论文垂尾参数:垂尾面积-72.4 根梢比4.7鸭翼参数:鸭翼面积-8.64
17、 展弦比4.74前缘后掠角28根梢比4.4飞机重心和焦点确实定如以下图 2.3,其满足飞机经稳定性要求。图 2.3 飞机重心与焦点位置第 10 页共 36 页本科毕业设计论文三、超音速客机飞行性能和经济性初步分析超音速客机的飞行性能是飞机设计优劣的表现,好的设计将拥有优良的飞行性能,可以飞得更远,飞得更快;而经济性影响客机的运转费用,市场可行性等。最远航程航 时巡航速度巡航高度11260km5.4hMa2.016000m表 2.3 超音速客机飞行性能分析由表 2.3 知,本飞机设计结果完全满足设计指标要求,且初步估算在载客200 人的状况下,最大航程可达 11260 公里,完全符合现代超音速客
18、机的生存市场环境。评价参数本 机协 和MD-11Boeing-777直接运转费用(元/人.公里)0.400.880.210.23运输效益指数1.481.221.01.16表 2.4 超音速客机经济性初步分析与其它客机比较从表 2.4 中可以看出,从直接运转费用中看,本机经济性优于第一代超音速客机;从运输效益评价,本机是参考机型中最优的,说明本机设计中不仅仅考虑了超音速巡航,还留意了较高的载客量是保证经济性的前提。第 11 页共 36 页本科毕业设计论文2.2 气动争论成果主要任务为对超音速客机的气动设计理念和思想,及的方法进展调研;进展翼型的选择;完成机翼、全机的升阻特性估算。(1) 、机翼翼
19、型的选择由于本机承受双三角机翼,内外承受两个翼型,在比照了一些性能相像的翼型后,内翼我们选用了 NACA64-203 翼型,外翼选用 NACA65-204。图 2.4 机翼内、外侧翼型由选择的翼型及飞机的飞行状态,进而得出巡航状态下和飞机起飞、着陆时的升阻特性,巡航升阻曲线如图 2.5 所示。图 2.5 飞机巡航升阻特性飞机巡航机翼迎角 =4.5巡航升力系数CL,cru= 0.146 ; 巡航阻力系数CD ,cru=0.0153巡航升阻比(L / D)=9.54cruise第 12 页共 36 页本科毕业设计论文飞机起飞最大升力系数CL,m ax,to=1.25;升阻比 8.0着陆最大升力系数
20、CL,m ax,L=1.50 ; 升阻比 7.1(2) 、垂尾和鸭翼翼型的选择依据配平力矩需要,及鸭翼的平面外形,鸭翼选用 NACA65-003 翼型如图 2.7 所示;垂尾选用 NACA0004 翼型,如图 2.6 所示。图 2.6 垂尾翼型选择图 2.7 鸭翼翼型选择方案由于本机承受前置鸭翼布局,没有平尾。设计中为了增加前翼的效率,前置鸭翼设计成全动鸭翼,且鸭翼仅用作配平和关心操作。鸭翼升力特性如下:起飞最大升力系数为 0.62着陆最大升力系数为 0.63第 13 页共 36 页本科毕业设计论文2.3 构造争论成果本工程设计中构造设计主要完成了以下几方面的工作:有关超音速客机的材料选择、构
21、造设计的调研;飞机机体外表气动热的分布估算;飞机机翼、机身的构造设计及材料的选择与布置,机翼、机身构造的受力分析;全机构造三维模型的建立。(1) 、本机的气动热承受工程估算方法,机体外表的气动热分布如以下图 2.8 所示。图 2.8 机体外表气动热的分布依据飞机机体外表的气动热分布,再对飞机各局部的受力状况进展简洁分 析。在此根底上,对飞机各局部进展材料的选择,及初步的粗略布置如以下图 2.9。图 2.9 机体材料初步粗略布置方案(2) 、在飞机的初步受力分析完成后,对飞机的机翼、机身的构造进展了布置,以下图 2.10 和 2.11 展现了机身、机翼的构造布置形式,及传力形式。第 14 页共
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