南京航空航天大学：《飞机总体设计》课程教学资源（讲义）第九讲 机翼平面形状设计

航空宇航学 飞机总体设计框架 设计 主要参数计算 部件外形设计 要求 发动机选择 机身机翼尾翼 布局型式选择 起落架进气道 分析计算 重量计算 三面图 是否满足 设计要求 气动计算 部位安排图 最优? 性能计算 结构布置图 结构分析

1 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 三面图 部位安排图 结构布置图 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 ？

航空宇航学 机翼的设计 翼型的选择与设计 机翼平面形状设计 机翼安装角和上反角的确定 关于边条翼、翼梢形状和 Yehudi flap 增升装置的设计 副翼的设计 设计举例

2 航空宇航学院 机翼的设计 • 翼型的选择与设计 • 机翼平面形状设计 • 机翼安装角和上反角的确定 • 关于边条翼 、翼梢形状和Yehudi Flap • 增升装置的设计 • 副翼的设计 • 设计举例

航空宇航学院 机翼平面形状设计 描述机翼平面形状的几何参数 机翼平面形状设计时所考虑的因素 几何参数对气动特性和结构重量的影响 机翼平面形状的几何参数的确定

3 航空宇航学院 机翼平面形状设计 • 描述机翼平面形状的几何参数 • 机翼平面形状设计时所考虑的因素 • 几何参数对气动特性和结构重量的影响 • 机翼平面形状的几何参数的确定

航空宇航学 描述机翼平面形状的几何参数 机翼面积:S C根 展弦比:=12/S 后掠角:x1/4前缘 实际机翼 参考机翼 ·根梢比:刃=想 尖 平均气动弦长 把给定机翼展向各面的气动力矩特性加以平均而计算出来的等面积矩形相 当机翼的弦长,该矩形翼的力矩特性与给定的力矩特性相同

4 航空宇航学院 描述机翼平面形状的几何参数 • 机翼面积: S L/2 • 展弦比 : l / S 2 λ = • 后掠角: χ1 / 4 χ 前缘 • 根梢比: 尖 根 c c η = • 平均气动弦长 把给定机翼展向各面的气动力矩特性加 以 平 均 而 计 算 出 来 的 等 面 积 矩 形 相 当机翼的弦长，该矩形翼的力矩特性与给定的力矩特性相同

航空宇航学 几何参数之间的关系 如果给定:S,,7,%14则: =√2.S 根=2S1(+%) 尖 根 I+n+n A 根 7/(1+) gx前缘=X14+(1-1)(+)

5 航空宇航学院 • 几何参数之间的关系 1/ 4 如果给定： S, λ,η, χ 则： l = λ ⋅ S 2 /[ (1 )] 1η c根 = ⋅ S l + c尖 ηc根 1 = (1 ) 1 3 2 2 η η η η + + + c = c根 ⋅ A (1 )/[ (1 )] 1 1 1/ 4 η η tgχ 前缘 = tgχ + − λ +

航空宇航学 平均气动力弦长cA ∥A A dz 2c2 xcd S l/2 A s/vCd 对于梯形机翼: 21++n 11+2 C x 2x2们+2 37(1+m7) 71+ 3n+1 求平均气动力弦长的几何作图法

6 航空宇航学院 • 平均气动力弦长 cA ∫ = / 2 0 2 2 l A c dz S c ∫ = / 2 0 2 l A xcdz S x ∫ = / 2 0 2 l A ycdz S y • 对于梯形机翼: (1 ) 1 3 2 2 0 η η η η + + + c = c A 1 2 3 1 + + = η η yA y尖 12 31 ++ = ηη xA x尖 • 求平均气动力弦长的几何作图法

航空宇航学 机翼平面形状设计时所考慮的因素 气动特性 结构重量 内部容积 燃油箱布置 起落架布置 操纵系统布置

7 航空宇航学院 机翼平面形状设计时所考虑的因素 • 气动特性 • 结构重量 • 内部容积 – 燃油箱布置 – 起落架布置 – 操纵系统布置

航空宇航学 几何参数对气动特性和结构重量影响 展弦比入 1)对气动阻力的影响 对低速飞机,λ增大,诱导阻力减小; 对高速飞机,λ增大,波阻增大; 2)对升力线斜率的影响 λ增大,升力线斜率增大。 0.10 0.06 0.02 不同展弦比机翼的Cx~M 不同展弦比机翼的Cy~a

8 航空宇航学院 几何参数对气动特性和结构重量影响 • 展弦比 λ 1）对气动阻力的影响 对低速飞机， λ增大，诱导阻力减小； 对高速飞机， λ增大，波阻增大； 2）对升力线斜率的影响 λ增大，升力线斜率增大。 不同展弦比机翼的 C x ~ M 不同展弦比机翼的 Cy ~ α

航空宇航学 3)对失速攻角和失速速度的影响: ▲λ增大,失速攻角减小。 ▲减小λ,可防止大攻角时翼尖失速 4)对稳定性和操纵性影响: ▲λ减小,减小从亚音速到超音速过程中气动焦点的移动量; ▲λ减小,降低了飞机横滚阻尼特性 5)对结构重量的影响 ▲λ增大,机翼根部弯矩增大,导致结构重量增加; ▲λ减小,机翼根部弦长增大,结构高度增加,有利于承力构件布置; 6)对内部容积的影响: ▲λ减小,有利于起落架布置; ▲λ减小,可增加燃油容积

9 航空宇航学院 3）对失速攻角和失速速度的影响： ▲ λ增大，失速攻角减小。 ▲ 减 小 λ ，可防止大攻角时翼尖失速。 4）对稳定性和操纵性影响： ▲ λ减小，减小从亚音速到超音速过程中气动焦点的移动量； ▲ λ减小，降低了飞机横滚阻尼特性 5）对结构重量的影响： ▲ λ增大，机翼根部弯矩增大，导致结构重量增加； ▲ λ减小，机翼根部弦长增大，结构高度增加，有利于承力构件布置； 6）对内部容积的影响： ▲ λ减小，有利于起落架布置； ▲ λ减小，可增加燃油容积

航空宇航学 6)展弦比统计值 亚声速飞机:6~9,最大可达10 超声速飞机:3~5,最小可至2 飞机名称 乘客机翼展长机翼面积|展弦比 (人) (米) (米2) 阿夫罗RJ70(英)70-85 26.3 77.3 8.95 CRJ700ER(加)66~78 23.3 68.7 7.90 ERJ7OLR(巴) 70 26.0 728 9.29 728JET(美) 70~85 26.6 75.0 943 福克70(荷) 70~79 28.7 93.5 8.69

10 航空宇航学院 6）展弦比统计值 亚声速飞机：6∼9，最大可达10 超声速飞机：3∼5，最小可至2 飞机名称 乘客 （人） 机翼展长 （米） 机翼面积 （米2） 展弦比 阿夫罗RJ70（英） 70~85 26.3 77.3 8.95 CRJ700ER（加） 66 ~78 23.3 68.7 7.90 ERJ170LR（巴） 70 26.0 72.8 9.29 728JET（美） 70~85 26.6 75.0 9.43 福克70（荷） 70~79 28.7 93.5 8.69