第一章 绪 论
飞机设计是一门应用科学,实践性强、其理论基础广泛,它来源于实践,是几十年飞机
型号设计工作实践经验的科学总结。在逐渐发展成独立的学科以后,它反过来又用于指导飞
机设计的实践。飞机设计学科也是各项先进的航空科学技术综合应用的结果,其内容涉及空
气动力学、飞机结构与强度、航空发动机、航空材料、航空电子技术、自动控制及制造工艺
等多种学科和专业技术领域。离开各项先进的航空科学技术,没有坚实的理论基础,飞机设
计学科就不可能得到进步和发展。飞机总体设计课程是飞机设计学科的重要组成部分。
§1.1 飞机设计工作的一般过程
在航空科学高度发达的今天,设计一种新型的飞机,从设计方案的提出到试制生产和投
入使用,一般都要经过几年,有时甚至是十几年的时间,这是一个很复杂的过程。简单地归
纳起来,飞机设计的过程一般如图1.1 所示。
图1.1 飞机的一般设计过程
按设计内容的粗细程度和大致的先后次序,飞机设计可以划分为3 个有内在联系的不同
阶段:
1.概念性设计(Conceptural Design);
2.初步设计(Preliminary Design);
3.详细设计(Detail Design)。
在飞机开始进行设计之前,首先由使用部门提出或由使用部门与设计部门共同拟定设计
要求,在概念性设计阶段要对飞机的设计要求进行充分分析、研究和论证,有的文献把这阶
· 1 ·
段工作称为“外部设计”。
概念性设计阶段的任务是根据飞机的设计要求,对所要设计的飞机进行全面的构思,形
成飞机设计方案的基本概念,并草拟一个或几个能满足设计要求的初步设计方案。主要内容
包括:初步选定飞机的型式和气动外形布局;初步选择飞机的主要参数;选定发动机和主要
的机载设备;初步选择各部件的主要几何参数;绘制飞机的三面草图;初步考虑飞机的总体
布置方案并初步估算性能,检查是否符合飞机设计要求给定的性能指标,然后修改整理所拟
定的初步方案,组织专门的评比和论证,选定最合理的方案,经主管部门批准后,进行下一
阶段的设计工作。
概念性设计阶段的工作,通常多限于纸面上,不做很多实验,所需费用较少。为了缩短
设计周期,可以用计算机进行辅助设计,采用已有的程序系统选择参数、估算性能和修改外
形布局。因此,在这个阶段中,通常可以多选择几个方案进行对比,经过充分的论证后,从
中选出具有足够的先进性和实际可行的最理想的初步方案,做为进一步设计的基础。这个阶
段的工作虽然花钱和耗时都不很多,但却非常重要,一般对飞机设计具有全局性影响的重大
决策,有很大一部分都是在这个阶段做出的。
初步设计阶段的任务是对前面草拟的飞机设计方案进行修改和补充,使其进一步明确和
具体化,最终绘出完整的总体设计方案。这一阶段的工作包括:修改、补充和完善飞机的几
何外形设计,给出完整的飞机三面图和理论外形;全面布置安排各种机载设备、各个系统和
有效载荷;初步布置飞机结构的承力系统和主承力构件;进行较为详细的重量计算和重心定
位;计算比较精确的气动力性能和操纵性、稳定性;详细绘出飞机的总体布置图。在此设计
阶段,通常还要对飞机及各系统进行一系列的试验研究,制造模型进行大量的吹风试验,有
时还需要制造全尺寸的样机,供协调各系统和内部装载布置之用。因此,与前一段的工作相
比,要耗费较多的时间和资金,并且需要各有关专业部门的配合和参加,协调解决在设计中
所遇到的各种技术问题,经过多次反复,最终得出完整的总体设计方案。由于其各种图纸和
技术文件已经过多轮修改,并且经过了专项试验的验证,故可做为正式的方案提交审查和论
证。论证通过后,飞机总体方案的设计工作告一段落,可以转入下一阶段进行详细设计。
详细设计阶段主要是进行结构设计,包括部件设计和零构件设计。设计完成后,要绘出
飞机各个部件及各系统的总图、装配图、零件图和详细的重量计算及强度计算报告。此阶段
的工作量很大,而且还要进行许多试验,包括静强度、动强度和寿命试验,各系统的地面台
架试验等等。
下一步工作是试制原型机和进行地面试验,包括全机静、动力试验和各系统的地面试验。
如发现问题,要修改原型机。解决问题后,再进行试飞。试飞合格后,按照实际试验和试飞
的情况,最后修改设计,并申请设计定型,由国家有关部门审查,发给型号合格证书(Type
Certificate),至此,完成整个设计过程,下一步是转入批量生产。
如前所述,飞机设计是一个很复杂的过程。为了方便,通常把整个飞机设计工作划分为
若干个阶段,但具体的分法和名称并不完全一致。例如在苏联叶格尔等所著的《飞机设计》
一书中,对飞机设计工作阶段的划分如图1.2 所示。
设计工作阶段的划分与设计部门的组织分工有关,各阶段的名称和内涵也不统一,这一
点在参阅各种文献资料时应该注意。
· 2 ·
设计
外部内部
拟定要求初步设计草图设计工作设计
投入批生产
分析使用范围和
使用条件,拟定
总的设计方案,
预测、建立评定
准则,进行技术
经济计算。
决策
是
否
战术技术要求
拟定飞机总的设
计方案,确定飞
机的外形,确定
结构子系统,建
立模型,参数研
究,效率分析和
优化。
确定结构和动力
系统的布局,重
心定位,重量、
气动、强度计算
,气动弹性试验
研究,制造样机
。
编写技术文件,
试验研究工作,
精确计算,系统
的台架试验,制
造原型机并进行
地面和飞行试验
。
否
是
否
是
否
是
技术方案草图工程图
决策决策决策
图1.2 飞机设计工作框图
§1.2 飞机总体设计工作的特点
中国航空网 www.aero.cn
航空翻译 www.aviation.cn
本文链接地址:飞机总体设计