国防科工委‘十五’重点教材 飞机总体设计 主编李为吉 编者李为吉王正平艾剑良杨华保
国防科工委‘十五’重点教材 飞 机 总 体 设 计 主编 李为吉 编者 李为吉 王正平 艾剑良 杨华保
前言 本书是航空高等院校飞行器设计专业本科生的必修课教材,重点讲述了飞机总体设计的 基本原理和方法。强调飞机总体设计的综合协调、折衷权衡、反复迭代等特点,通过几个循 环,由简到繁完成飞机的总体设计,锻炼增强学生的综合分析和决策问题的能力 本书将飞机总体设计分为三个方面:方案设计、总体参数设计、决策和优化。首先研究 飞机总体设计第一轮迭代设计流程,计算最重要的飞机总体参数:起飞重量、翼载荷和推重 比,初步计算升阻特性,进行方案设计及初步分析。进而进行飞机总体参数详细设计,包括 机翼、机身、尾翼、起落架等部件设计,验证方案设计的可行性,给出飞机三面图。本书还 讨论飞机总体设计的一些重要内容:飞机操纵系统设计,分析现代告诉飞机的稳定性和操纵 性,増稳和主动控制技术,电传操纵和综合飞行控制的基本概念:飞机寿命周期费用的概念 和分析模型,飞机作战效能分析和评估方法。飞机设计是一个复杂的系统工程,涉及多个学 科领域,必须建立综合设计思想,本书介绍了飞机多学科设计优化的基本原理、算法,面向 系统设计的方法评价准则,多准则决策的层次结构和综合评价框架 本书吸收了国外一些成功的飞及设计经验数据、计算公式,对学生掌握飞机总体设计方 法很有帮助。尽管与实际应用于工业界的方法相比,本书列出的设计与分析技术是简化了的, 但课程内容安排符合学生认识规律。通过这门课的学习,使读者在定性分析能力、定量估算 能力、综合运用能力等方面得到锻炼提高。 本书是国防科工委‘十五’重点教材。在普通高等教育‘九五’国家级重点教材“现代 飞机总体综合设计”一书基础上,经过几年教学实践,做了修改补充。保持并加强理论严谨 系统性强的特点,力图接近工程实际,对从事飞机设计的工程技术人员有参考价值,并便于 读者自学 本书由西北工业大学航空学院李为吉、王正平、艾剑良、杨华保编写。全书由李为吉、 王正平统稿 编者2003年11月
前 言 本书是航空高等院校飞行器设计专业本科生的必修课教材，重点讲述了飞机总体设计的 基本原理和方法。强调飞机总体设计的综合协调、折衷权衡、反复迭代等特点，通过几个循 环，由简到繁完成飞机的总体设计，锻炼增强学生的综合分析和决策问题的能力。 本书将飞机总体设计分为三个方面：方案设计、总体参数设计、决策和优化。首先研究 飞机总体设计第一轮迭代设计流程，计算最重要的飞机总体参数：起飞重量、翼载荷和推重 比，初步计算升阻特性，进行方案设计及初步分析。进而进行飞机总体参数详细设计，包括 机翼、机身、尾翼、起落架等部件设计，验证方案设计的可行性，给出飞机三面图。本书还 讨论飞机总体设计的一些重要内容：飞机操纵系统设计，分析现代告诉飞机的稳定性和操纵 性，增稳和主动控制技术，电传操纵和综合飞行控制的基本概念；飞机寿命周期费用的概念 和分析模型，飞机作战效能分析和评估方法。飞机设计是一个复杂的系统工程，涉及多个学 科领域，必须建立综合设计思想，本书介绍了飞机多学科设计优化的基本原理、算法，面向 系统设计的方法评价准则，多准则决策的层次结构和综合评价框架。 本书吸收了国外一些成功的飞及设计经验数据、计算公式，对学生掌握飞机总体设计方 法很有帮助。尽管与实际应用于工业界的方法相比，本书列出的设计与分析技术是简化了的， 但课程内容安排符合学生认识规律。通过这门课的学习，使读者在定性分析能力、定量估算 能力、综合运用能力等方面得到锻炼提高。 本书是国防科工委‘十五’重点教材。在普通高等教育‘九五’国家级重点教材“现代 飞机总体综合设计”一书基础上，经过几年教学实践，做了修改补充。保持并加强理论严谨、 系统性强的特点，力图接近工程实际，对从事飞机设计的工程技术人员有参考价值，并便于 读者自学。 本书由西北工业大学航空学院李为吉、王正平、艾剑良、杨华保编写。全书由李为吉、 王正平统稿。 编者 2003 年 11 月
内容简介 本书对飞机总体设计的基本概念和方法作了系统简明的阐述,强调了飞机总体设计的综 合协调、折衷权衡、反复迭代等特点 全书共六章,内容有:飞机初始总体参数与方案设计、飞机总体参数的详细设计、飞机 操纵系统分析与设计、飞机费用与效能分析、飞机总体参数优化 本书是航空高等院校飞行器设计专业本科生的教材,也可供研究生和从事飞机设计工作 的工程技术人员参考
内容简介 本书对飞机总体设计的基本概念和方法作了系统简明的阐述，强调了飞机总体设计的综 合协调、折衷权衡、反复迭代等特点。 全书共六章，内容有：飞机初始总体参数与方案设计、飞机总体参数的详细设计、飞机 操纵系统分析与设计、飞机费用与效能分析、飞机总体参数优化。 本书是航空高等院校飞行器设计专业本科生的教材，也可供研究生和从事飞机设计工作 的工程技术人员参考
主要符号表 符号 定义 单位 机翼展弦比 b 机翼翼展 ba 翼翼展 bb 襟翼翼展 轮胎宽度 机翼弦长 襟翼放下时的机翼弦长 前缘襟翼放下时的机翼弦长 机翼平均气动弦长 襟翼弦长 当量蒙皮摩擦阻力系数 CCCCCc 阻力系数 零升阻力系数 翼剖面升力系数 翼剖面升力线斜率 襟翼放下时的翼剖面升力线斜率 由于襟翼弯曲引起的翼剖面升力线斜率 机翼升力系数 俯仰力矩系数 阻力 d,, D 螺旋桨的直径 d ,, Dr 轮胎直径 机身直径 E 待机时间 奥斯瓦尔德效率系数 当量废阻面积 g 重力加速度 高度
主要符号表 符号 定义 单位 A 机翼展弦比 m b 机翼翼展 m ba 副翼翼展 m b f 襟翼翼展 m bt 轮胎宽度 m c 机翼弦长 m c ' 襟翼放下时的机翼弦长 m c " 前缘襟翼放下时的机翼弦长 m − c 机翼平均气动弦长 m c f 襟翼弦长 m C f 当量蒙皮摩擦阻力系数 C D 阻力系数 C D0 零升阻力系数 Cl 翼剖面升力系数 Cla 翼剖面升力线斜率 CLaf 襟翼放下时的翼剖面升力线斜率 CLδf 由于襟翼弯曲引起的翼剖面升力线斜率 CL 机翼升力系数 Cm 俯仰力矩系数 D 阻力 N d p ， Dp 螺旋桨的直径 m dt ， Dt 轮胎直径 m d f ， Df 机身直径 m E 待机时间 h e 奥斯瓦尔德效率系数 f 当量废阻面积 m 2 g 重力加速度 m s 2 h 高度 m
机翼安装角 后掠角修正系数 KKKKL 开裂式襟翼修正系数 尖削比修正系数 简单襟翼的修正系数 升力 L/D 升阻比 机身长度 主起落架到全机中心的距离 I 前起落架到全机中心的距离 Ma 马赫数 载 nn 螺旋桨桨叶的数目 支柱的数目 发动机的数目 功率、马力 NPPPPgR 桨叶的单位面积功率 前起落架支柱的载荷 主起落架支柱的载荷 动压 航程 R 雷诺数 机翼面积 机翼浸湿面积 襟翼翼面积 SttT 时间 s, min, h 相对厚度 推力 绝对空速 km/h 重量 推力或功率 N或hp z从参考点到某一部件重心的距离
iw 机翼安装角 （o） K∆ 后掠角修正系数 K f 开裂式襟翼修正系数 Kλ 尖削比修正系数 K' 简单襟翼的修正系数 L 升力 N L D 升阻比 Lf 机身长度 m lm 主起落架到全机中心的距离 m ln 前起落架到全机中心的距离 m Ma 马赫数 n 过载 np 螺旋桨桨叶的数目 ns 支柱的数目 N 发动机的数目 P 功率、马力 hp Pbl 桨叶的单位面积功率 hp m 2 Pn 前起落架支柱的载荷 N Pm 主起落架支柱的载荷 N q 动压 N m 2 R 航程 m Re 雷诺数 S 机翼面积 m 2 Swet 机翼浸湿面积 m 2 Swf 襟翼翼面积 m 2 t 时间 s，min，h t c 相对厚度 T 推力 N v 绝对空速 km h W 重量 N X 推力或功率 N 或 hp x ， y ， z 从参考点到某一部件重心的距离 m
xn,x,xc从重心到某一翼面焦点的距离 发动机航向力矩的力臂 希腊字母 迎角 侧滑角 (o) βλA 根稍比 后掠角 3.1415926 上反角 (o) 大气密度 k P00 大气密度比 机身锥角 横向地面间隙角 纵向地面间隙角 θθ8 纵向翻滚角 下洗角 扭转角 展向站位 an48y0 横向翻滚角 地面摩擦系数 压力比 航迹角 温度比 升将多偏角 方向舵偏角 副翼偏角 襟翼偏角 (o)
xv ， xh ， xc 从重心到某一翼面焦点的距离 m Yt 发动机航向力矩的力臂 m 希腊字母 α 迎角 （o） β 侧滑角 （o） λ 根稍比 Λ 后掠角 （o） π 3.1415926 Γ 上反角 （o） ρ 大气密度 kg m 3 σ 大气密度比 θ fc 机身锥角 （o） φ 横向地面间隙角 （o） θ 纵向地面间隙角 （o） θ lof 纵向翻滚角 （o） ε 下洗角 （o） ε t 扭转角 η 展向站位 m ψ 横向翻滚角 （o） µ G 地面摩擦系数 δ 压力比 γ 航迹角 （o） θ 温度比 δ e 升将多偏角 （o） δ r 方向舵偏角 （o） δ a 副翼偏角 （o） δ f 襟翼偏角 （o）
目录 第一章绪言 第二章飞机初始总体参数与方案设计 2.1方案设计的任务和过程 22重量估算 23飞机升阻特性估算 24确定推重比和翼载 2.5总体布局形式的选择(方案设计) 26飞机气动布局的选择 2.7隐身性能对飞机气动布局的影响 第三章飞机总体参数详细设计(部件设计) 3.1设计的任务和步骤 32机翼设计 33机身设计 34尾翼及其操纵面设计 3.5推进系统的选择与设计 36起落架设计 3.7飞机初步设计实例 第四章飞机操纵系统设计与分析 41操纵系统的特性 42现代高速飞机稳定性和操纵性的基本特点和操纵系统设计 43飞机主动控制技术 44电传操纵系统 4.5综合飞行控制系统 第五章飞机费用与效能分析 51飞机寿命周期费用的概念和分析方法 52研究发展试验与鉴定费用和生产费用分析一一兰德 DAPCAⅣV模型 53使用保障费用 飞机作战效能分析 55多任务攻击机概念综合设计的基本原理 第六章飞机总体参数优化 61飞机总体参数的多学科设计优化 62面向系统设计的方法
目 录 第一章 绪言 第二章 飞机初始总体参数与方案设计 2.1 方案设计的任务和过程 2.2 重量估算 2.3 飞机升阻特性估算 2.4 确定推重比和翼载 2.5 总体布局形式的选择（方案设计） 2.6 飞机气动布局的选择 2.7 隐身性能对飞机气动布局的影响 第三章 飞机总体参数详细设计（部件设计） 3.1 设计的任务和步骤 3.2 机翼设计 3.3 机身设计 3.4 尾翼及其操纵面设计 3.5 推进系统的选择与设计 3.6 起落架设计 3.7 飞机初步设计实例 第四章 飞机操纵系统设计与分析 4.1 操纵系统的特性 4.2 现代高速飞机稳定性和操纵性的基本特点和操纵系统设计 4.3 飞机主动控制技术 4.4 电传操纵系统 4.5 综合飞行控制系统 第五章 飞机费用与效能分析 5.1 飞机寿命周期费用的概念和分析方法 5.2 研究发展试验与鉴定费用和生产费用分析——兰德 DAPCA IV 模型 5.3 使用保障费用 5.4 飞机作战效能分析 5.5 多任务攻击机概念综合设计的基本原理 第六章 飞机总体参数优化 6.1 飞机总体参数的多学科设计优化 6.2 面向系统设计的方法