小農經濟時代 飛機分類和飛機研制過程

作者 ︰ 南非閑人

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今天實在卡得厲害,所以又特地去找了資料來看。尼媽!真不是人干的活!!!今天兩章一定會補上的

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飛機分類和飛機研制過程

飛機是高度綜合的現代科學技術的體現。100多年來,飛機作為航空技術的重要代表,隨著科學技術的進步而取得了很大的發展,而航空技術不斷提出的新要求也同時對科學技術的發展起了促進、推動的作用。在現代飛機上,綜合運用了一系列基礎科學、應用科學和工程技術的最新成就,包括力學、材料學,電子技術、計算機技術、噴氣推進技術、自動控制理論和技術以

及制造工藝等各個方面的成果,實際上現代飛機已成為一個先進而又復雜的工程系統。正因為如此,也促使了飛機的設計工作、設計方法隨之不斷發生著變化和革新,並逐步向系統工程的設計方法發展。

一、飛機的分類和對飛機的要求

飛機按其功用可分為軍用飛機和民用飛機兩大類。軍用飛機的功用主要是完成空中攔擊、偵察、轟炸、攻擊、預警、反潛、電子干擾以及軍事運輸、空降等任務。民用飛機是指非軍事用途的飛機,包括商業用的旅客機、貨機等運輸機,它們已成為一稀快速、方便、舒適、安全的交通運輸工具;還有一些通用航空中使用的飛機,如用于農業作業,、護林造林、救災、醫療救護、空中勘測和體育運動等。為了完成各種不同的任務,對不同的飛機就有不同的技術要求。對于軍用飛機稱為戰術技術要求;對于民用飛機稱為使用技術要求。它除了飛機最大︰速度、升限、航程、起飛著陸滑跑距離、載重量、機動性(對戰斗機)等指標外,還有如能否全天候飛行,對機場以及對飛機本身的維修性、保障性等方面的要求。從發展看軍用飛機和現代大型旅客機的飛行速度、升限和航程都不斷增加。現代戰斗機的最大飛行速度通常為音速的兩倍多,即a>2;飛行升限約在20000以上。如圖5.1的蘇—30k和圖5.4的陣風式戰斗機均為第三代(也有稱之為三代半的)高機動性超音速戰斗機。蘇—30k設計中采用翼一身融合技術,其a數最大為2.49,升限為18.5k,轉場航程可到3700k;且機動性能很好,使用載荷系數(也稱使用過載系數)可高達9g,能完成著名的「眼鏡蛇」機動,是其他飛機不易做到的。隨著航空電子技術的迅猛發展,未來的戰場環境變得更加惡劣而復雜,各種新型雷達、先進探測器以及精確制導武器的問世,對軍用飛機構成了極為嚴重的威脅。為了提高軍用飛機的生存力和戰斗力,各國正努力發展低可見度的隱身技術,圖1.1所示f—117a是美國使用早期隱形技術的第一代亞音速隱身飛機,其外形由許多取向不同的平面拼接而成。而目前正在發展中的第四代戰斗機(俄羅斯稱之為第五代戰斗機)更著重強調同時具備隱身技術、超音速巡航、過失速機動和推力矢量控制、近距起落和良好的維修性等性能,美國的f22是其第一個代表機種(圖1.3)。f22的外形與f117a明顯不同,采用了連續曲率造型,結構上使用了很多新材料,飛機的性能全面提高。目前,隨著空戰武器和一體化防空系統的飛速發展,靠有人駕駛飛機進行空中格斗或對地(艦)轟炸•,其攻擊時風險更大,戰爭損耗與代價更高。為此世界主要軍事強國已經使用無人機進行大量空中偵察,並正在進一步研究各種類型的無人作戰飛機。現代軍用運輸機和一些大型遠程旅客機的航程和載重量越來越大,有的航程可達10000k以上。軍用運輸機如c—5a載重量將近100t,可運載350名土兵或一輛坦克加上兩架型直升機;俄羅斯的安—225載重量則高達225t。大型旅客機載客可達500名;且有的客機a數可達到2以上(如「協和」號)。目前有些國家還在研制可載客600∼800名的超大型旅客機。圖12為旅客機lt011的示意圖。從圖1.1∼1.3,5.1,5.4可見,由于各種飛機的用途和設計要求不同,會帶來飛機氣動布局和結構設計上的差別。但是飛機設計的基本概念、設計原理和設計方法是一致的,因此本書在對典型結構型式進行分析的基礎上,將主要介紹飛機設計的基本概念、設計原理和方法。

二、飛機的研制過程

一種新飛機的投入使用,須經過下述四個階段。

1.擬訂技術要求

通常可由飛機設計單位和訂貨單位協商後共同擬訂出新飛機的戰術技術要求或使用技術要求。技術要求確定了飛機的主要性能指標、主要使用條件和機載設備等。設計單位必須保證新飛機能達到這些技術要求,訂貨單位則根據這些要求來驗收新飛機。因此,飛機的技術要求是飛機設計的基本依據。

2.飛機設計過程

飛機設計單位根據擬訂好的飛機技術要求進行飛機設計。飛機設計一般分為兩大部分︰總體設計和結構設計。總體設計︰主要工作是確定全機主要參數,即全機重量g,發動機推力戶和翼載g/s(s為機翼面積);確定飛機的基本外形,如機翼、尾翼平面形狀、大致尺寸和氣動布局;選擇發動機;然後進行飛行性能的初步估算。如滿足要求,則畫出飛機的三面圖;進行飛機的部位安排;確定結構型式和主要受力構件布置,並給出飛機各部件的重量控制指標。結構設計︰在總體設計基礎上,進行飛機各部件結構的初步設計(或稱結構打樣設計);對全機結構進行強度計算;完成零構件的詳細設計和細節設計,完成結構的全部零構件圖紙和部件、組件安裝圖。

飛機結構設計是飛機設計的主要階段。「結構」是一個工程上常用的術語,但它的含義有時卻有所不同。我們這里所指,也是其常用的含義,是指「能承受和傳遞載荷的系統」——即「受力結構」。它通常可由幾個到幾千個零件結合在一起構成,相互之間沒有相對運動,同時能承受指定的外載,滿足一定的強度、剛度、壽命、可靠性等要求。只用以維持外形或僅供裝飾用的元件不包括在結構內。譬如低速飛機上的機翼蒙布,只受少量局部氣動力而不參與機翼的整體受力,故不作為結構元件;旅客艙內的裝飾板、飛機表面上(如機翼根部)的整流包/皮等也不作為結構元件。一架飛機的整個結構,包含機翼、尾翼、機身、發動機短艙、起落架、操縱系統(指機械操縱系統部分)及其他系統的受力結構等部件結構或組件結構。機翼、機身這樣的大結構,通常稱為部件結構。機翼、機身又可沿翼展方向或機身縱向分成幾個大段,這樣的一大段結構常稱為組件結構。組件結構還可以分為組件、構件等結構。零件為不需做裝配的基本單位。構件由很少幾個零件裝配而成。當零件與構件(常統稱為零構件)在飛機結構中作為有一定功用的基本單元時常稱為元件,如翼肋、梁、框等,它可以是一個構件,也可以是零件。圖1.2為l—101l旅客機的結構分解圖。「結構設計」是指根據結構設計的原始條件,按照結構設計的基本要求,提出合理的設計方案以及進行具體的部件和零構件設計,進行強度計算和必要的試驗,最後繪制出結構圖紙,完成相應的技術文件,以使生產單位能根據這些圖紙和技術文件進行生產。

3.飛機制造過程.

飛機制造工廠根據飛機設計單位提供的設計圖紙和技術資料進行試制。完成後裝上全部設備、系統和發動機,由飛機工廠首批(一般稱「0」批,生產2∼4架)試制出來的新飛機即可投入全機強度、疲勞和損傷容限的驗證試驗和試飛。目前,隨著計算機技術的迅猛發展,設計單位中大部分設計工作借助計算機輔助設計系統(cad)來完成,包括分析、計算、構形設計,並可直接用計算機繪圖、發圖。有的已發展到cad/ca一體化,可采用無圖設計,只需在制造時把已儲存在計算機里的全部數據傳遞給計算機輔助制造系統,使整個飛機的設計和制造過程達到高度的集成化。

4.飛機的試飛、定型過程在通過全機靜強度試驗、某些必要的疲勞、損傷容艱的早期驗證試驗、起落架試驗和全機各系統試驗後進行試飛。通過試飛全面檢驗飛機能否確保安全,性能是否滿足技術要求。把設計、制造中和試飛中出現的各種問題,通過更改設計或改進制造方法等全部排除。最後將飛機定型投入批量生產。在新飛機的研制過程中,往往須進行相當數量的科學研究和試驗。如為選擇滿意的外形須做大量的風洞試驗;對用新材料(如復合材料)制作的結構性能進行某些專題研究和試驗(詳見6.7節);對某些關鍵的結構件或結構設計方案進行必要的疲勞或損傷容限的設計研制試驗,為詳細設計提供數據或進行早期驗證等。新飛機的研制工作還要與使用密切結合。這包括在設計過程中要充分利用以往的使用經驗;還有在新飛機的使用過程中收集各方面的反饋信息,不斷改進設計。

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