[科普中國]-飛機總體外形設(shè)計

飛機外形設(shè)計的定義

長期以來，一直將船舶設(shè)計中的放樣、飛機設(shè)計中的模線繪制劃為飛機外形設(shè)計。這是因為以往基本上采用測繪、仿制設(shè)計提取外形的方法。隨著電子計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了將圖解法用數(shù)學方法來逼近與繪圖，用計算機程序和數(shù)據(jù)描繪飛機外形的方法。人們往往將這個過程說成是計算機輔助設(shè)計(CAD )，這是不確切的，實際上只能稱為計算機幾何設(shè)計(CAGD)。其意義是，通過船體數(shù)學放樣或飛機模線繪制，使其幾何外形信息(指已確定的幾何外形)，如平面曲線或空間曲面的型值點或特征多邊形的角點信息做出數(shù)學模型，通過電子計算機(或圖象顯示)求得足夠多的信息，進行分析綜合(如圖形是否符合樣機等)。這些工作只能說是工作設(shè)計與初步設(shè)計階段之間的工作。

目前， 國內(nèi)現(xiàn)有的軟件(指比較成熟并接近商品化的)和國外引進的軟件尚不具備飛機總體外形快速設(shè)計的功能，它們均屬再次擬合，至多具有圖象顯示與局部修改的功能。但這些軟件卻為CAM提供了良好的手段。

伴隨現(xiàn)代科學技術(shù)日新月異的發(fā)展，飛機的性能和基本參數(shù)都大大提高了。因此，飛機的總體布局、機體和動力裝置的構(gòu)造，隱身技術(shù)和各個系統(tǒng)等要求越來越高，致使

飛機設(shè)計的難度增加，制造、生產(chǎn)的難度和所需時間也有所增加，為研制新機(或改進改型)所需的風洞試驗項目、所消耗的人力和計算工作量都按指數(shù)規(guī)律增加。為了縮短周期，減少費用和提高設(shè)計質(zhì)量，還是應(yīng)盡可能地發(fā)展和使用以數(shù)學模型為基礎(chǔ)的基本方法，用電子計算機和圖象顯示裝置來分析和決策。1

機身外形設(shè)計方法外形設(shè)計的一般原則我們期望尋找一個能快速生成外形的設(shè)計方法， 即按戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求分析和評價， 給出初步的總體布局，用統(tǒng)計方法，近似計算法初步確定飛機的主要幾何參數(shù)。有了這些參數(shù)，通過近似計算法或統(tǒng)計方法求解， 即可獲得飛機的第一張設(shè)計圖，并通過近似的重量估算方法和雷達散射渣的計算，分別給出全機重量估算值、重心后限位置和RCS值。

飛機部件設(shè)計中應(yīng)解決的主要問題（1）選擇主要參數(shù)和幾何尺寸的最佳值；

（2）選擇最佳形狀，構(gòu)出最佳外形；

（3）選擇飛機部件的最佳結(jié)構(gòu)受力型式；

（4）選擇最佳材料和工藝過程， 目的是滿足氣動彈性、耐熱性、靜強度、動強度和疲勞強度要求， 以及在批生產(chǎn)中保證外形和表面質(zhì)量的條件下使飛機生產(chǎn)成本最低、飛機重量最輕；

（5）保證飛機部件的使用維護方便。1

最佳形狀的選擇與相對關(guān)系的參數(shù)選擇（1）機翼和尾翼的翼型及沿翼展方向的布置規(guī)律，

（2）機翼和尾翼相對于機身的位置， 水平尾翼和垂直尾翼的相對位置；

（3）機身的橫截面和機身頭部與尾部的外形；

（4）起落架的位置， 起落槊收入位置的選擇方案；

（5）進氣遭的形狀選擇，進氣口位置與機身的相對位置選擇等。

在進行形狀選擇時， 要考慮各部件之間的協(xié)調(diào)； 以減小由于這些部件間互相干擾而引起氣動特性的改變，即應(yīng)盡量減少不利的干擾因素， 以達到減小Cr0的增加，也就是說， 各部件的形狀最終確定，應(yīng)考慮按超跨音速的面積律來修型。事實上，飛機外形設(shè)計決不是單純的幾何外形描繪，它是綜合了飛機各個設(shè)計的主要環(huán)節(jié)，綜合矛盾的統(tǒng)一體的產(chǎn)物， 它是一個反復迭代的過程，最終獲得最佳方案。1

外形設(shè)計在飛機設(shè)計中的地位飛機總體外形設(shè)計在飛機設(shè)計中處于先鋒和核心地位；無論從對戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求分析論證開始，還是對總體各主要參數(shù)的分析和優(yōu)化，無不落實到飛機的總體構(gòu)形和總體各部分的幾何尺寸定義及它們之間的相對位置關(guān)系的確定，在初定外形后，所做的飛機設(shè)計方案階段的各項設(shè)計工作，都要環(huán)繞外形。因此，是否能找到一個嶄新的方法，能快速生成方案階段所需的總體外形，是關(guān)系到能否縮短設(shè)計周期，確保設(shè)計質(zhì)量的大事。1

詳細設(shè)計（1）機身橫截面的形狀設(shè)計

圓形機身橫截面是最有利的，它能盤截面積一定時保證最小的周長；或容積一定時表面積最小， 因而摩阻最小。

（2）座艙外形設(shè)計

從駕駛員的視野要求出發(fā)， 現(xiàn)代飛機機身側(cè)視圖有特殊的輪廓， 其機頭的下部前伸，從飛行員眼睛向前向下通過風擋下邊界連成一條直線， 在這條直線下可以安排機頭形狀， 切勿影響視野。這種做法，不論是氣動方面，還是布局方面都是有益的。

（3）機翼和座艙的配置設(shè)計

超音速戰(zhàn)斗機機翼在機身上的布局一般按：

從機翼和機身的干擾阻方來看，以中單翼為佳。早期的超音速戰(zhàn)斗機，注重減小高速飛行時的阻力， 多采用中單翼；

從飛機的結(jié)構(gòu)上考慮： 以上單翼為最佳；

從飛機的起飛、降落性能要求， 為了增強地面效照、改善起降性能，一般采用下單翼布局。

超音速戰(zhàn)斗機的座艙，一般布置在機身的比較靠前位置， 以求盡量減小其凸起的阻力效應(yīng)，并且盡最使進氣道的位置與其后部相接， 以補償座艙后部處截面積驟變引起的 、機身截面積變化過大。1