第11讲 尾翼的外形设计

单击此处编辑母版标样式 1 单击此处编辑母版标题样式 1 单击此处编辑母版标题样式 1 航空宇航学院 尾翼外形的初步设计 单击此处编辑母版标题样式 2 单击此处编辑母版标题样式 2 单击此处编辑母版标题样式 2 航空宇航学院 飞机总体设计框架 设计 要求 设计 要求 布局型式选择布局型式选择 主要参数计算主要参数计算 发动机选择发动机选择 部件外形设计 机身 机翼 尾翼 起落架 进气道 部件外形设计 机身 机翼 尾翼 起落架 进气道 三面图 部位安排图 结构布置图 三面图 部位安排图 结构布置图 计算 重量计算 气动计算 性能计算 结构分析 分析计算 重量计算 气动计算 性能计算 结构分析 是否满足 设计要求？ 最优？ 是否满足 设计要求？ 最优？ 单击此处编辑母版标题样式 3 单击此处编辑母版标题样式 3 单击此处编辑母版标题样式 3 航空宇航学院 内容提要 • 尾翼的功用、组成和设计要求 • 尾容量 • 确定尾翼外形参数的思路 • 尾翼外形参数设计的步骤 • 举例 单击此处编辑母版标题样式 4 单击此处编辑母版标题样式 4 单击此处编辑母版标题样式 4 航空宇航学院 尾翼的功用、组成和设计要求 • 功用： - 保证飞机稳定性和操纵性 - 配平 • 组成： - 平尾（前翼）：水平安定面，升降舵 - 垂尾：垂直安定面，方向舵 • 设计要求： - 按设计 单击此处编辑母版标题样式 5 单击此处编辑母版标题样式 5 单击此处编辑母版标题样式 5 航空宇航学院 尾容量 AcS LS LSA ⋅ ⋅== 平尾平尾平尾平尾平尾 L平尾 ⎯ 平尾尾力臂 S平尾 ⎯ 平尾面积 S ⎯ 机翼面积 cA ⎯ 平均气动弦长 • 平尾尾容量 单击此处编辑母版标题样式 6 单击此处编辑母版标题样式 6 单击此处编辑母版标题样式 6 航空宇航学院 尾力臂的定义（1） 单击此处编辑母版标题样式 7 单击此处编辑母版标题样式 7 单击此处编辑母版标题样式 7 航空宇航学院尾力臂的定义（2） 单击此处编辑母版标题样式 8 单击此处编辑母版标题样式 8 单击此处编辑母版标题样式 8 航空宇航学院 • 前翼尾容量 AcS LS A ⋅ ⋅= 前翼前翼前翼 L平尾 ⎯ 前翼尾力臂 S平尾 ⎯ 前翼面积 S ⎯ 机翼面积 cA ⎯ 平均气动弦长 单击此处编辑母版标题样式 9 单击此处编辑母版标题样式 9 单击此处编辑母版标题样式 9 航空宇航学院 • 垂尾尾容量 LS LS LSA ⋅ ⋅== 垂尾垂尾垂尾垂尾垂尾 L垂尾⎯ 垂尾尾力臂 S垂尾 ⎯ 垂尾面积 S ⎯ 机翼面积 L ⎯ 机翼展长 单击此处编辑母版标题样式 10 单击此处编辑母版标题样式 10 单击此处编辑母版标题样式 10 航空宇航学院 • 讨论： - 力矩 ∼ 尾翼面积， 力矩 ∼ 尾力臂； - 综合效果：力矩 ∼ 尾翼面积 × 尾力臂 ⇒ 尾容量 - 若A尾固定，L尾↑ ⇒ S尾↓ ⇒ 尾翼结构重量↓，阻力↓ - 当飞机构形为鸭式布局时： a) 对于近距耦合情况：L前小，S前大。 b) 对于远距耦合情况：L前大，S前小。 - 初步确定A尾时，通常参考统计数据。 单击此处编辑母版标题样式 11 单击此处编辑母版标题样式 11 单击此处编辑母版标题样式 11 航空宇航学院 各种不同类型A尾统计数据 飞机类型 A平尾 A垂尾 Homebuilt 0.5 0.04 Single Engine 0.7 0.04 Twin Engine 0.80 0.07 Agricultural 0.50 0.04 Twin Turboprop 0.90 0.08 Jet Transport 1.00 0.09 Jet Fighter 0.40 0.07 Military Cargo/Bomber 1.00 0.09 摘自：Aircraft Design:A Conceptual Approach 单击此处编辑母版标题样式 12 单击此处编辑母版标题样式 12 单击此处编辑母版标题样式 12 航空宇航学院 平尾A 垂尾A )/(/ AA cLcL 垂尾平尾飞机型式 装涡轮螺桨发动机的干线 客机 0.80～ 1.1 0.05～ 0.08 2.0～3.0 装涡轮喷气和涡轮风扇发 动机的干线客机 0.65～ 0.80 0.08～ 0.12 2.5～3.5 后掠翼重型非机动飞机 0.50～0.60 0.06～ 0.10 2.5～3.5 直机翼重型非机动飞机 0.45～0.55 0.05～ 0.09 2.0～3.0 高速机动飞机 0.40～0.50 0.05～ 0.08 1.5～2.0 尾容量统计值的范围 单击此处编辑母版标题样式 13 单击此处编辑母版标题样式 13 单击此处编辑母版标题样式 13 航空宇航学院 尾吊布局与翼吊布局飞机的尾容量比较 机型 参数 MD-82 DC-9-30 DC-9-10 波音 737-200 A300B A平尾 1.174 1.175 1.147 1.140 1.058 S平尾/S 26% 27.5% 29.5% 31.9% 26.7% ¾尾吊布局飞机的A平尾较大，但平尾面积不大。 单击此处编辑母版标题样式 14 单击此处编辑母版标题样式 14 单击此处编辑母版标题样式 14 航空宇航学院 客机A垂和垂尾相对面积的比较 机型 MD-82 DC-9- 30 三叉 戟 F28 BAC- 111 C5A 波音 737- 100 波音 727- 100 A200B A垂 0.0652 0.0723 0.0548 0.0910 0.0482 0.0951 0.1117 0.0905 0.1020 S垂/S 0.1331 0.1609 0.1610 0.203 0.1320 0.1910 0.2680 0.2380 0.2040 ¾ 尾吊短舱式的尾容量和相对面积较小，因为飞机单发停 车不是垂尾设计的严重情况。 单击此处编辑母版标题样式 15 单击此处编辑母版标题样式 15 单击此处编辑母版标题样式 15 航空宇航学院 确定尾翼外形参数的思路 确定A平尾 确定L尾 确定S尾 • 平尾的平面参数设计参考机翼 • 垂尾的平面参数设计参考统计值 • 操纵面的设计参考统计值 单击此处编辑母版标题样式 16 单击此处编辑母版标题样式 16 单击此处编辑母版标题样式 16 航空宇航学院 尾翼外形参数设计的步骤 1. 回顾所选的飞机构型： - 正常式；鸭式；无尾式； 2. 确定尾翼在机身上的前后位置: - 先画出机身外形，然后确定尾翼在机身上的前后 位置，尾翼位置尽量靠后。 单击此处编辑母版标题样式 17 单击此处编辑母版标题样式 17 单击此处编辑母版标题样式 17 航空宇航学院 3 . 根据同类飞机的统计数据，确定A平尾和A垂尾 - 全动平尾，可减小10∼15%。 - “T”平尾， A垂尾可减小5%， A平尾可减小5%。 - “H”平尾， A平尾可减小5%。 4 . 确定尾力臂L平尾和L垂尾 - 对于拉进式螺旋浆飞机，尾力臂 ≈ 60% L机身。 - 发动机安装在机翼上时，尾力臂 ≈（50∼55%）L机身。 - 发动机安装在机身后部，尾力臂 ≈（45∼50%）L机身。 - 对于鸭式布局：L前 ≈（30∼50%）L机身 - 经验公式： L平尾 = 1.2 CA ( 三角翼） =（1.5∼2）CA （后掠翼） =（2.5∼2.9) CA （直机翼） - 参考教材中的表6-5。 单击此处编辑母版标题样式 18 单击此处编辑母版标题样式 18 单击此处编辑母版标题样式 18 航空宇航学院 5 . 确定平尾面积S平尾和垂尾面积S垂尾 平尾平尾平尾 LScAS A /⋅⋅= 垂尾垂尾垂尾 LSLAS /⋅⋅= 单击此处编辑母版标题样式 19 单击此处编辑母版标题样式 19 单击此处编辑母版标题样式 19 航空宇航学院 6. 确定翼尾的翼型和平面参数 - 翼型：大多采用对称翼型或反弯翼型（正常式） 1）低速飞机：相对厚度 ≈ 10∼15% 2）高速飞机：相对厚度 ≈ 3∼6% 3）鸭式布局：要考虑前翼先失速 - 平尾的平面参数： 1）同机翼平面参数的选择类似； 2）为保证平尾不能比机翼先失速，平尾λ较小： * 对于大展弦比飞机：λ平尾 ≈ 3∼5 * 对于小展弦比飞机：λ平尾 ≈ 2∼3 * 根梢比η平尾 ≈ 2∼3.5 - 垂尾的平面参数： 1）参考同类飞机； 2）一般情况： λ 垂尾 ≈ 0.8∼1.5; η平尾 ≈ 2∼3.5 χ垂尾 ≈ 35∼60° 单击此处编辑母版标题样式 20 单击此处编辑母版标题样式 20 单击此处编辑母版标题样式 20 航空宇航学院 平尾的λ和η统计值 机型 737 727 A300 B 707 MD- 82 DC- 9-30 C5A F28 三叉 戟 雅克- 40 λ平尾 4.16 2.40 4.13 3.37 5.14 4.93 4.89 3.83 4.00 4.33 η平尾 2.63 2.50 2.00 2.375 3.00 2.84 2.75 2.10 1.72 2.32 单击此处编辑母版标题样式 21 单击此处编辑母版标题样式 21 单击此处编辑母版标题样式 21 航空宇航学院 7. 确定升降舵和方向舵的尺寸 - 在概念设计阶段，主要参考同类飞机的数据； - 许多高速飞机采用全动平尾； 飞机型号 S升降舵/S平尾 S方向舵/S垂尾 Boeing 727-200 0.25 0.16 Boeing 737-200 0.27 0.24 DC-9-50 0.38 0.41 A310 0.26 0.35 Fokker F-28 0.20 0.16 一些喷气客机的统计数据 摘自：Airplane Design, Part 2, Roskam 单击此处编辑母版标题样式 22 单击此处编辑母版标题样式 22 单击此处编辑母版标题样式 22 航空宇航学院 8. 画出尾翼的平面草图 尾翼外形的初步设计 飞机总体设计框架 内容提要 尾翼的功用、组成和设计要求 尾容量 各种不同类型A尾统计数据 尾吊布局与翼吊布局飞机的尾容量比较 客机A垂和垂尾相对面积的比较 确定尾翼外形参数的思路 尾翼外形参数设计的步骤 平尾的和统计值