對(duì)某輕型飛機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)探討范文

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《民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究》2017年第4期

摘要：我國(guó)低空領(lǐng)域逐步開(kāi)放，通用航空的發(fā)展也呈現(xiàn)出愈發(fā)火熱的局面。提出了一款新型單人駕駛飛機(jī)設(shè)計(jì)工程估算方法，以航程航時(shí)、巡航速度、起降距離為目標(biāo)，在初步選定動(dòng)力裝置的情況下，對(duì)新機(jī)的質(zhì)量和翼載進(jìn)行了設(shè)計(jì)。為了驗(yàn)證該工程方法的適用性，收集整理了大量類似機(jī)型的已知設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行校核計(jì)算。研究結(jié)果表明，這套工程方法適用于輕型飛機(jī)的設(shè)計(jì)，并獲得了該輕型飛行的總體性能數(shù)據(jù)和初步外形。

關(guān)鍵詞：輕型飛機(jī)；工程估算；燃油系數(shù)；翼載

隨著航空業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)家相繼出臺(tái)了有關(guān)通用航空業(yè)的利好消息。《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)民航業(yè)發(fā)展的若干意見(jiàn)》中提出了大力發(fā)展通用航空的主要任務(wù)[1]，而《通用航空發(fā)展專項(xiàng)資金管理暫行辦法》的出臺(tái)使得通用航空的發(fā)展更加明朗[2]。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，2020年前，我國(guó)通用飛機(jī)保有量將大幅上漲，年均增速在20%以上[3]。由此可見(jiàn)，低空領(lǐng)域表現(xiàn)出逐步開(kāi)放發(fā)展趨勢(shì)，通用航空市場(chǎng)的發(fā)展前景誘人。本文對(duì)某款新型輕型飛機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在選定動(dòng)力裝置的情況下，運(yùn)用工程方法對(duì)全機(jī)質(zhì)量、翼載進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從而獲得了滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的全機(jī)氣動(dòng)外形。與原型飛機(jī)相比，新機(jī)可獲得更快巡航速度和最大飛行速度，航程增加30%，且起降距離短。

1性能對(duì)比及設(shè)計(jì)要求

1.1設(shè)計(jì)目標(biāo)

參照某輕型飛機(jī)的參數(shù)，并考慮該飛機(jī)的停放、使用和制造成本等要求，明確優(yōu)化后的新機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

1.2設(shè)計(jì)參考

本次設(shè)計(jì)廣泛選取類似機(jī)型和相關(guān)參數(shù)用于校核和驗(yàn)證后續(xù)工作的可信度，參照機(jī)型均取自《世界飛機(jī)手冊(cè)》[4]通用飛機(jī)章節(jié)的內(nèi)容。

2全機(jī)質(zhì)量確定

2.1質(zhì)量估算方法

2.2空重比系數(shù)的確定

按照統(tǒng)計(jì)規(guī)律，空機(jī)質(zhì)量系數(shù)大約在0.3～0.7，并隨著飛機(jī)總質(zhì)量的增加而遞減。

2.3燃油系數(shù)估算

參考《民用飛機(jī)總體設(shè)計(jì)》[5]給出的估算方法，并依據(jù)Hirth3003v發(fā)動(dòng)機(jī)在海平面高度下的油耗數(shù)據(jù)。

2.4螺旋槳飛機(jī)推力油耗C推導(dǎo)單位耗油率（“SFC”或簡(jiǎn)寫(xiě)為“C”）是燃油消耗率除以由此產(chǎn)生的推力。

3翼載設(shè)計(jì)

3.1失速速度

約束下的翼載飛機(jī)的失速速度直接由翼載和最大升力系數(shù)決定，是影響飛機(jī)安全的主要因素。參照不同機(jī)型的典型構(gòu)型最大升力系數(shù)，按照相關(guān)要求規(guī)定了新機(jī)的許用失速速度，并獲得了該構(gòu)型下的最大可用翼載。

3.2起飛距離

約束下的翼載翼載和推重比對(duì)起飛距離均有影響，飛機(jī)的起飛滑跑距離LTOR隨起飛參數(shù)TOP23的變化而改變。

3.3著陸距離

約束下的翼載進(jìn)場(chǎng)速度Vapp規(guī)定為失速速度VSL的1.3倍。失速速度為著陸構(gòu)型狀態(tài)，著陸襟翼、起落架放下、無(wú)動(dòng)力。著陸滑跑LLR與失速速度VSL平方的統(tǒng)計(jì)關(guān)系擬合式為：LTR=0.08082SLV，LL＝1.938LLR，LL＝0.15652SLV.參數(shù)LL/LLR與統(tǒng)計(jì)值1.938量級(jí)相當(dāng)，且估算后的著陸構(gòu)型失速速度與著陸構(gòu)型最大升力系數(shù)與實(shí)際飛行經(jīng)驗(yàn)值近似，因此，認(rèn)為該參數(shù)可用于新機(jī)在著陸距離約束下翼載的估算。

3.4機(jī)翼面積的確定

選取計(jì)算獲得的最低翼載，以滿足機(jī)翼在所有的飛行條件下的需求。經(jīng)對(duì)比，取失速翼載為60kg/m2，由此估算機(jī)翼面積為7.5m2。

4外形的初步確定

由前期獲得的機(jī)翼面積、翼展、機(jī)長(zhǎng)等參數(shù)，對(duì)外形進(jìn)行初步規(guī)劃。機(jī)翼平面幾何形狀、機(jī)翼翼型的選取充分考慮低速飛機(jī)的氣動(dòng)要求，并對(duì)翼尖加裝剪切翼尖，形成該型飛機(jī)的初步外形。

5結(jié)論

本文運(yùn)用工程估算的方法，對(duì)某型飛機(jī)和收集的其他類似機(jī)型的資料進(jìn)行了分析和估算對(duì)比，計(jì)算結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)值吻合，驗(yàn)證了該估算方法對(duì)輕型飛機(jī)的適用性。通過(guò)對(duì)新機(jī)質(zhì)量、翼載的設(shè)計(jì)，獲得了滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的機(jī)翼面積，并對(duì)全機(jī)外形進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。與原型飛機(jī)相比，新型飛機(jī)的巡航速度由193km/h增加至220km/h，最大速度由241km/h增加至350km/h，且機(jī)翼面積由9.3m2減小為7.5m2，航程增加20%，優(yōu)勢(shì)明顯。

參考文獻(xiàn)：

［1］佟剛，張利國(guó).通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展途徑探討［J］.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，28（6）：34-35.

［2］陳團(tuán)生.我國(guó)通用航空的發(fā)展對(duì)策分析［J］.航空航天，2007（3）：23-26.

［3］李綱領(lǐng).賣水勝過(guò)淘金——中國(guó)通用航空行業(yè)研究報(bào)告［R］.行業(yè)研究報(bào)告，2010：11-22.

［4］《世界飛機(jī)手冊(cè)》編寫(xiě)組.世界飛機(jī)手冊(cè)［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2011：757-900.

［5］《民用飛機(jī)總體設(shè)計(jì)》總編委員會(huì).民用飛機(jī)總體設(shè)計(jì)［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2011：190-250.

作者：胡冶；國(guó)洪梅；趙楠 單位：中航飛機(jī)研發(fā)中心總體所