休伯利安号公务机设计分解.docx

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休伯利安号公务机设计分解

xxxxxxxx学院课程实训

题目：

号公务机设计

姓名：

学号：

2016xxxxx

学院：

xxxx学院

专　　业：

年级：

xxxx级

指导教师：

xxx

目录

1设计思路与设计目的1

1.1发展潮流1

1.2公务机在中国的发展前景1

1.2.1公务机在中国的现状1

1.2.2公务机在中国的市场预测2

1.2.3中国市场的瓶颈2

1.3设计思路与设计目的2

2飞行器的布局形式3

2.1与设计要求相近的飞机资料3

2.2可能的布局形式及其比较3

2.3整体布局的确定4

3飞行器的主要参数5

3.1基本设计参数5

3.2主要总体参数5

3.3机身外形参数5

4飞行器的总体布置6

4.1飞机总体布置的任务6

4.2机身内部客舱的布置6

4.3飞机动力装置的布置6

4.4燃油系统的布置7

4.5起落架的布置7

5总体方案分析8

5.1总体设计想法8

5.2机翼的设计与分析8

5.2.1翼型的选择8

5.2.2后掠角分析9

5.2.3机翼形状其他参数9

5.3机翼相关设计9

5.3.1襟翼9

5.3.2扰流板9

5.3.3平尾外形设计9

5.4起落架设计10

5.4.1飞机重心估算10

5.4.2起落架相关参数设计11

6设计参考资料11

1.设计思路与设计目的

1.1发展潮流

当今大公司领导人商务旅行时都坐的是公务包机。

与此同时，“海尔”、“华晨”等公司也作出了同样的选择。

包租公务机，正成为一些大企业商旅人士的首选。

而“远大”、“春兰”等企业，更组建了自己的公务机队。

至于海外大公司，《财富》500强中已有341家公司拥有了自己的公务机或公务机队。

1.2公务机在中国的发展前景

1.2.1公务机在中国的现状

2003年前后，中国国内的公务机市场几乎由金鹿公务、“山东航空”、“上海航空”三分天下，即海航集团旗下金鹿公务航空，山东航空旗下彩虹公务航空，及上海航空旗下上海航空公务机公司。

山东航空旗下的彩虹公务航空公司已与2006年退市，2010年上海航空和东方航空合并后，上海航空旗下上海航空公务机公司以及其拥有的豪客800XP也均由东方航空旗下公务机部门接手。

最新消息，2011年12月20日，东航公务机部门委托上海产权交易中心拍卖此豪客800XP。

至此，中国国内的公务机市场最早三分天下的公务机三大企业如今仅剩海航集团旗下金鹿公务航空的一家，但与此同时，另外更多的企业犹如雨后春笋般冒了出来，亚联公务机、中信公务机，尤其是2010年8月13-15日中国上海商务与私人飞机展的成功举办后，刺激了更多企业进入了中国大陆公务机市场，如尊飞私翼、东海航空、尊爵等等。

尊爵公务航空是一家总部位于香港的私人包机公司。

尊爵公务机拥有区域内最大的包机机队，并在上海、北京及日本东京设有分公司。

尊飞私翼是一家致力于提供最完美公务航空体验的公司，其官网提供中国首个在线实时公务机查询系统，此系统中登记的亚洲地区公务机总数达到43架，占亚洲地区公务机总数的80%以上。

其中，登记在系统中的国内公务机达16架，占中国公务机总数的90%以上。

东海公务机是2010年成立的由香港东海联合有限公司，香港永港企业有限公司和深圳东港商贸有限公司合资经营的航空运输企业，主营基地在深圳宝安机场。

1.2.2公务机在中国的市场预测

航空界最有威望的Teal公司预测，今后10年，全球对公务机的需求量将达9000架，总价值约944亿美元，而中国是最具潜力的市场之一，未来10年公务机有望达到600-1200架。

如果这些飞机满负荷飞行，年营业额可望达到600亿元。

中国公务机市场80%的客户是大型跨国公司，国内客户只占20%。

但随着中国入世、经济向好及企业竞争的激烈，更多公司要与时间赛跑，向时间要收益，所以国内企业将很快成为公务机市场的主角。

“金鹿公务机公司”业务连续几年增长率都是两位数，几乎每年买一架新飞机，中国公务机的市场潜力不可估量。

1.2.3中国市场的瓶颈

瓶颈一：

空管过严，很难申请到航线。

瓶颈二：

税费太高，公务机的税费是大型飞机的3倍。

瓶颈三：

机场太少，中国只有164个机场，与美国相去甚远。

瓶颈四：

养飞机难，养一架飞机一年大约需要200万元人民币。

瓶颈五：

面子太薄，中国人含蓄、节俭，不喜欢“露富”。

1.3设计思路与设计目的

由于公务机是在行政事务和商务活动中用作交通工具的飞机，亦称行政机或商务飞机。

因此可以作为是小型的客机来看待。

同时自己设计一架飞机可以在巩固自身所学知识的同时，通过设计也可以对飞机有更深层次的了解。

设计图纸做起来也较为方便。

类型

国内使用的喷气式公务机

有效载荷

旅客6—10人，行李20kg/人

表1设计题目基本要求

为了避免雷同，我将国内喷气式公务机改为远距离喷气式公务机，如表2所示：

类型

远距离使用的喷气式公务机

有效载荷

旅客6—12人，行李20kg/人

表2确定后的基本要求

2.飞行器的布局形式

2.1与设计要求相近的飞机资料

飞机型号

有效载荷

（t）

航程

（km）

巡航速度

（M）

最大速度

（M）

起飞重量

（kg）

起飞距离

（m）

着陆距离

（m）

湾流G650

19

13000

0.925

0.995

45360

1829

914

湾流G550

19

12501

0.8

0.885

41277

（24721）

1801

844

猎鹰7X

12

11019

0.8

0.90

31751

1740

631

环球6000

8-19

2177

11390

0.85

0.89

44452

1887

814

环球8000

27.585

14631

0.85

0.9

47536

1,768

2,810

表3要求相近的飞机资料

2.2可能的布局形式及其比较

型式

经济性

使用性能

维护性能

安全性能

结构

气动

其他（市场，稳定性等）

正常式

设计传统和经验丰富，成本较低

可以布置舷窗，客户使用感好。

维护经验丰富，维护性能好

纵横稳定性较好安全可靠；

下单翼方便逃生。

视飞机具体构型而定，可大可小

尾翼产生负升力，平尾位于机翼下洗区，影响效率

此种布局飞机最多，乘客对此外形最易接受，市场好

鸭式

轻型通用飞机、战斗机多有采用，成本也较低

机动性能好

较好

有利于延缓失速，较安全

若采用远距耦合则会大大增加重量

近距耦合，减小配平阻力，可以产生有利气流干扰

鸭式布局飞机市场销量较好

三翼面

俄罗斯战机有采用此种布局，尚无公务机用此布局

提高了操纵效率

可以

较安全

使载荷分配更合理，所以结构重量较轻

升阻比大

世界上采用此种布局的飞机不多，民用市场不明

表4可能布局比较

2.3整体布局的确定

经过综合考虑，我选择正常式布局作为公务机的外形布局。

一些相近飞机的总体方案

图1湾流G650图2湾流G550

图3猎鹰7X图4环球6000

3.飞行器的主要参数

3.1基本设计参数

最大航程

6200海里/11482公里

巡航马赫

0.85

最大工作马赫数

0.9马赫

起飞距离

5700英尺/1737米

着陆距离

3100英尺/945米

初始巡航高度

41000英尺/12497米

最大巡航高度

51000英尺/15545米

表5基本设计参数

3.2主要总体参数

翼载荷:

推重比:

3.3机身外形参数

机身外形参数主要采用的办法是参考同类机型数据得出，如表6所示：

参数

拟定值

上翘角

（deg）

10

（标准值为6-11）

26.7

机身长度

前

5.5

中

13.7

后

10.54

有效载荷（旅客人数）

8

表6机身外形参数

4.飞行器的总体布置

4.1飞机总体布置的任务

（1）对全机的几何外形进行协调

（2）具体安排飞机内部的各种装载和设备

（3）合理布置飞机各部件的结构承力系统

（4）对飞机重心进行定位

4.2机身内部客舱的布置

任务：

具体地确定座舱在机身上的位置、座舱的几何形状和尺寸以及座舱内部布置，满足良好的工作环境条件、乘坐环境条件等。

布置原则：

客舱的布置，就是要布置安排好要求的旅客座位，并使飞机的空机重量最轻；同时也应考虑到增加旅客数量及对飞机进行改型的可能性。

而行李舱或货舱的容积，根据装载行李和货物的需要而定：

行李数由旅客的人数及规定的每人行李数量即可以精确地算出；货物则按对飞机商务载荷的总要求来确定。

本公务机设计为了显示舒适尊贵的目标。

在客舱前段布置有休息室，其中布置了两张床和一张座椅。

中间段是一个会议室，有四张椅子和一个会议桌，后段可供娱乐餐饮，有一张沙发，一张电视柜，以及一个乘务人员座椅。

厨房在后段靠近娱乐餐饮区。

卫生间在机身前段。

这样的设计可以保持前段相对安静，共乘客休息和会议。

有货运集装箱。

客人座椅为加宽的沙发。

4.3飞机动力装置的布置

任务：

具体安排发动机、进气道和尾喷管在飞机上的位置，保证各种飞行状态下，发动机都能正常工作。

布置原则：

在保证与其他部分互不干扰、相互协调的前提下，应尽可能减小飞机的总阻力和降低发动机的推力损失。

为此，应尽量使发动机的轴线与飞机的水平基准线相重合，并考虑到进气道及尾喷管调节系统的安排。

为使发动机能正常工作，并且保证发动机周围的部件或结构不致过热，应采取发动机及尾喷管的冷却和隔热措施，通常是布置导风罩，从进气道或机身外部引入冷空气，并安排隔热层。

要便于发动机的拆装和维护。

在机体上，要安排合适的使用分离面及发动机的检查、维护舱口，在分离面处的机体结构布置承力支点和承力结构。

发动机的各支点接头处应有足够的强度和刚度，以承受发动机的轴向推力、惯性力和陀螺力矩等载荷，而且应允许发动机因温度变化而自由伸缩。

4.4燃油系统的布置

任务：

对油箱、油泵、油管、加/放油口及通气口等进行具体安排和布置，重点是油箱的布置。

布置原则：

要充分利用机翼和机身的内部空间，保证足够的燃油容积，或者说尽量扩大机内载油量。

机身内空间较大，可采用金属硬油箱或橡胶软油箱；机翼内部空间较小，可采用整体油箱，以充分利用空间。

由于燃油是消耗性载荷，为了载燃油消耗过程中飞机的重心变化尽可能小，应让各油箱的组合重心与飞机的重心重合或靠近，燃油系统应能自动调节燃油的消耗顺序，控制因燃油消耗所引起的飞机重心的变化范围。

现代客机为了保证安全，机身上一般不安排油箱，而是将油箱全部布置在机翼上。

4.5起落架的布置

任务：

要与飞机结构布置相协调。

起落架支点和转轴在承力结构中的安装位置；起落架机轮收入机体中的舱室位置，即起落架舱的安排。

布置原则：

必须保证全面地满足已经选定的各项几何参数及与飞机重心的相对位置。

保证起落架的减震性能、强度、刚度，尽量减小几何尺寸和减轻重量。

考虑起落架收放对全机重心的影响，重点要考虑的问题是起落架在收上位置时，在机体结构中所占的空间，收藏起落架的空间越小越好，并要与机体结构和其他内部装载相协调，不能影响气动外形，尽量减小其阻力。

5.总体方案分析

5.1总体设计想法

①尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置

我采用单垂尾，T型平尾：

原因在于T型尾美观，具有失速警告，利用端板效应，气动效率增加，垂尾的面积可适当减小；缺点要增加垂尾的结构重量接近失速时平尾可能失效。

克服缺点：

结构重量的增加可由垂尾面积的减少来弥补；设计机翼时，避免机翼上仰，使飞机在大攻角时仍然稳定。

②机翼平面形状及在机身上安装位置

带翼梢小翼的后掠翼，并采用下单翼安装方式：

后掠翼可以减小激波阻力，翼梢小翼可以减小诱导阻力，防止翼尖失速，采用下单翼的原因在于机翼结构可从客舱地板下穿过，起落架短、易收放、结构重量轻，发动机和襟翼易于检查和维修；强迫着陆，机翼可起缓冲作用。

③发动机安装位置

双发，采用短舱：

生存力强，动力足；安装在尾翼根部，这样安装可以降低乘客感受到的噪声，相比于翼吊的方式还可以减小机翼受载，降低结构重量。

④起落架的型式和收放位置

采用前三点式起落架：

具有起飞着陆时滑跑的稳定性，飞行员座舱视界的要求较容易满足，缺点是前轮可能出现前轮“摆振”现象，克服缺点是采用安装减震装置。

5.2机翼的设计与分析

5.2.1翼型的选择

考虑到巡航马赫数较高，为了降低激波阻力，选择超临界翼型。

图5超临界翼型

5.2.2后掠角分析

①后掠角对气动特性有影响：

后掠角增大，可以提高临界M数，延缓激波的产生，使波阻降低，但会使升力线斜率降低，最大升力系数降低，机翼升阻比降低；

②后掠角对操纵性的影响：

攻角较大时，可能会出现“自动上仰“现象，难于控制，影响飞行安全；

③对结果的影响：

后掠角增大，结构重量增大；

④对内部容积的影响：

后掠角增大，不利于布置起落架。

5.2.3机翼形状其他参数

参数

值

注释

展长b

30.36m

平均相对厚度t/c

12%

一般公务机或喷气运输机均为此值

安装角

2°

喷气客机一般为1°~5.3°

上反角

3°

亚声速下单翼为3°~7°

‘T’型平尾和下单翼布局为3°左右

翼梢形状

翼梢小翼

采用翼梢小翼大大可以减弱翼梢处的气流漩涡效应

扭转角

3°

表7机翼形状其他参数

5.3机翼相关设计

5.3.1襟翼

一般公务机、涡桨支线客机和喷气运输机采用双缝襟翼，因此我也采用双缝襟翼，考虑到所需升阻比较大，采用双缝富勒襟翼。

5.3.2扰流板

扰流板布置在后缘襟翼的前面，当非对称打开时可产生滚转力矩。

飞行时打开可增加阻力，降落时增大阻力，减少降落距离。

5.3.3平尾外形设计

（1）参数取值范围如表10：

飞机类型

展弦比AR

梯形比

升降舵弦长

相对厚度

公务机

3.5-5.0

0.35-0.50

0.30-0.40

0.06-0.09

表8平尾外形参数取值范围

（2）平尾展弦比

为保证平尾不能比机翼先失速，平尾展弦比与机翼相比较小。

机翼展弦比AR=7.7，初步确定平尾展弦比3.6。

（3）平尾后掠角

对于高亚声速飞机，平尾和垂尾的后掠角一般比机翼大5度左右。

机翼后掠角36度，初步确定平尾后掠角40度。

（4）平尾翼型相对厚度

比机翼相对厚度要小，机翼相对厚度12%，初步确定平尾相对厚度9%。

（5）梯形比初步确定梯形比为0.36。

5.4起落架设计

5.4.1飞机重心估算

图6起落架相关参数示意图

由统计规律知道，尾吊式布局中心位置通常在35%平均气动弦长处。

5.4.2起落架相关参数设计

参数

值

注释

主轮距B

4m

防侧翻角选择55°，通过画图确定

前主轮距b

11m

按照前轮承受全机起飞重量的10%计算并选择

停机角ψ

2°

通常选择0°~4°

着地角φ

13°

φ=γ-2°

防后倒立角γ

15°

按照一般情况选择

高度h

1.6m

机轮布置

前后轮均采用双轮Dual型

轮胎类型

选择超高压轮胎（VII型）

表9起落架相关参数

6、设计参考资料

[1]余雄庆，徐慧民，昂海松，飞机总体设计[M].北京，航空工业出版社，2000.

[2]乐卫松，大型客机设计[M].上海，同济大学出版社，2014.

[3]黄燕晓，瞿红春，航空发动机原理与结构[M].北京，航空工业出版社，2015

[4]XX文库&XX百科