第07节_飞机设计_机翼设计_904003087

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1、机翼设计肖志祥航天航空学院机翼与飞机!机翼是飞机的主要升力面，对飞机性能和飞行品质有非常重要的影响!飞行性能要求是机翼设计的主要依据"起飞、着陆和机动#大升力和大升阻比、大升力和大阻力、大升力和高升阻比"巡航和大速度下有尽可能小的阻力；"全包线范围内操纵安定性良好；!强度和气动弹性要求"足够的结构刚度；"提高颤震速度；"降低结构重量设计机翼平面形状需考虑的要素(?)!气动特性!结构重量!内部容积"燃油箱布置"起落架布置飞机总体设计流程主要参数计算部件外形设计设计要求发动机选择翼型、机翼、尾翼布局形式选择机身、进气道否否否否分析计算否是否满足

2、重量计算三面图设计要求？气动计算部位安装图是否最优？性能计算结构布置图结构分析是方案及初步设计完成主要内容!相对位置、机翼设计参数以及对气动结构性能影响"几何参数：展弦比AR、后掠角χ、尖削比λ、机翼根部和尖部翼型的相对厚度t/c、上反角Γ，几何扭转及气动扭转等w"几何参数对气动特性和结构重量的影响"几何参数的确定"与机身的相对位置!翼稍小翼设计!增升装置设计!副翼设计!机翼平面及控制面设计步骤!民机机翼机身整流几何参数!机翼面积S!展弦比AR=b2/S!后掠角χ；χ；χ1/4LETE!尖削比λ=C/Ctiproot!安装角(inciden

3、ce)、扭转角(twist)及上反角(dihedral)!平均相对厚度：tScp=section,max/S!中弧面形状，由各截面翼型形状确定(yxzyxzul(,)+(,))yxz(,)=c2几何参数!平均气动弦"翼型中存在气动中心，三维机翼也存类似的点，“平均气动弦”"设计师用平均气动弦和气动中心确定机翼位置!典型的气动中心"亚音速=0.25"超音速=0.4AR对气动特性的影响!对气动阻力影响"低速飞机，AR增大，诱导阻力减小"高速飞机，AR增大，波阻增加2πC=L,α!对升力线斜率、升阻比影响222⎛⎞1++⎜⎟2AR⎝⎠AR⎛⎞CL

4、,α∞2!对失速攻角和失速速度的影响⎜⎟2πcosχ1/2⎝⎠"增大AR，失速攻角较小"减小AR，防止或推迟翼尖失速AR=infAR=8AR=5!对稳定性和操纵性影响AR=2"减小AR，可减小亚声速和超声速变化AR=1时气动焦点的位移"减小AR，降低飞机滚转阻尼特性AR对结构重量及内部容积的影响!增大AR，机翼根部弯距增加，导致结构重量增加!减小AR，机翼根部弦长增加，结构高度增加，利于承力构件的布置!减小AR，利于起落架布置!减小AR，可以增加油箱的容积AR统计值!强调巡航性能，展弦比在10左右"目的：提高升阻比、减小诱阻#Boeing-

5、747：AR=7.7#超大AR，GlobalHawk：AR≅20#Helios,AR≅31#SolarImpulse,AR=32!强调机动性，展弦比在2.0~4.0"目的：提高失速攻角、减小波阻#F-22：AR=2.37不同AR的典型飞机后掠角χ(?)!对气动性能影响"χ增加可提高临界Ma数，延缓激波产生Cd0"χ增加，降低激波阻力"χ增加，升力线斜率降低AR=4"χ增加，最大升力系数降低"χ增加，升阻比降低Cl后掠角χ!对结构重量："χ增加，机翼结构重量增加"对于战斗机：W1/cos(χ)机翼!对于内部容积："χ过大，不利于布置起落架!如

6、何选定χ："亚声速飞机：χ＝0或χ<15°(调节重心)"高亚声速飞机：χ＝25~40°，提高临界Ma，延缓激波产生"超声速飞机：#亚声速前缘：M=1.2-1.8，χ＝40~60°#超声速前缘：M=2，F-15：χ＝45°;LEMig-25：χ＝40°。主要原因：χ太大，LE则结构重量实在太大后掠机翼缺陷及解决方案!大后掠角低速飞行时"升力线斜率小"最大升力系数小"诱导阻力大"翼尖气流易分离"襟翼效率低，起飞着陆距离大!小后掠角飞机高速飞行时"零升阻力大，(Transition发生早)!解决方案：机翼变后掠！"较好兼顾低速、高速性能"第一架实

7、用变后掠飞机F-111#起飞着陆，χ=16°#跨声速，χ=26°#超声速飞行，χ=72.5°!F111数据!＝75!边条翼(或双三角翼)!什么是边条翼？"在中等后掠角机翼的翼根前缘，加上一段后掠角极大的(70-80度)的细长前翼所组成的复合式机翼。原较小后掠角的机翼称为基本翼，附加的细长前翼称为边条。!为什么需要边条翼？"可有效兼顾低速和高速性能，改善飞机大迎角气动性能"边条前缘可以产生强的脱体涡，直接提供涡升力边条涡"边条涡对后翼涡的有利干扰，可推迟后翼涡机翼表面分离二次涡边条翼的应用尖削比λ!对气动诱导阻力："根据Prandtl机翼理论

8、，升力分布为椭圆形时，其诱导阻力最小"若机翼无扭转且为椭圆形，则升力分布为椭圆"当λ=0.4时，升力分布接近椭圆，故许多低速飞机λ为0.4左右"λ减小，则翼尖载荷增加，使机翼展向