直升机设计的一般过程

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发表时间:2016-06-06 20:28作者:Admin网址:http://www.jcaae.com


在航空科学技术高度发达的今天,研制一种新型的直升机,从设计方案的提出到试制、生产并投入使用,需要经过一个很长的过程,一般要几年,有时甚至十几年的时间。在这项复杂而周期很长的工作中,需要进行大量的科学研究、工程设计、分析计算、试验验证、工艺试制等。为了比较清晰地描述这个复杂过程,通常把直升机研制分为若干个阶段:研制总要求论证阶段、方案论证阶段、工程设计阶段、试制与试验阶段、设计定沏阶段、生产定型阶段。设计实际上贯穿于研制工作的整个过程中。



按照设计任务和内容的不同及先后次序,一般把直升机设计划分为三个有内在联系 的阶段:
(1)概念设计(Conceptural Design);
(2)初步设计(Preliminary Design);
(3)详细设计(Detail Design)。

1.概念设计

直升机设计工作开始于对所研制新机的设计技术要求的论证和确定,虽然研制总要求是由使用部门负责提出或由使用部门与研制部门共同拟定,但在概念设计阶段研制部门要配合使用部门对直升机设计技术要求进行充分分析研究和论证。


概念设计阶段的任务是依据设计技术要求形成对所设计直升机的构思及基本概念,并拟定出能满足设计要求的初步技术方案。现代直升机设计都采用计算机辅助设计,因此,在这个阶段中通常可以选择几个方案进行对比分析,经过充分论证后初步确定直升机的构型和气动布置方案。

概念设计阶段的主要工作如下。

(1)气动布局方案论证包括构形、型式和气动布局方案的评比和选择、模型吹风,飞行性能及其他气动特性的初步分析计算,全机和各部件(系统)主要参数的选择,各部件相对位置的确定等。最后,绘制全机三面图,并提交有关的分析计算报告。

(2)全机总体布局方案论证包括全机各部件、各系统、附件和设备的布置等。此时要考虑布置得合理、协调、紧凑,保证止常工作和便于维护等要求,并结合重心定位要求一起进行。最后绘制全机总体布置图,并编与有关报告和说明书。

(3)全机总体结构方案论证包括全机结构承力件的布览,全机传力型式的分析,主要承力构件的承力型式分析,全机设计分离面和对接型式的选择,全机各种结构的选择等。全机总体结构方案可结合全机总体布局一起进行,并在全机总体布置图上加以反映,需要有相应的报告和说明书。

(4)各部件和系统的方案论证包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后,应绘制有关部件的理论图、构造图和有关系统的原理图,并编写有关的报告和说明书。

(5)全机重量计算、重量分配和重心定位,包括全机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量等计裨工作。锻后应提交有关重量和重心等的计算报告,并绘制重心定位图。

(6)全机配套附件和设备等成件以及新材料和新工艺的选择和确定对要求新研制的成件要确定技术要求和协作关系,最后提交协作及采购清单等有关文件。


概念设计阶段将解决全局性的重大问题,必须深入、细致和慎重地进行,要尽可能充分利用已有的经验,以求概念设计阶段中的重大决策有坚实可靠的基础,避免以后出现不应有的重大反复。


2.初步设计

初步设计过程中,需将前面所得到的直升机的几何参数、重量参数和能量参数进一步加以具体化,使其符合各种相互矛盾的要求。进一步确定气动布局、总体布局、主要部件的结构型式、各主要系统的原现和组成等。制作直升机及各部件的吹风模型和进行风洞吹风试验。根据试验结果进一步进行详细的气动力计算、操纵性和稳定性计算、以及动力学问题的初步计算,进行较精确的直升机重心定位计算。在这些计箅的基-础上,对直升机的总体布性进行适当修改,调整重量计算和重心位置,并制造样机,协调直升机各组合件和各系统相互的空间位置,布置设备,评估空勤组和旅客的布置是否合理等。

此阶段的主要工作内容如下。

(1)气动方面。对所选方案进行全面的气动性能、操纵性和稳定性计算,颤振等动态稳定性计算,进一步的外栽荷计算.同时还要进行风洞吹风试验,继续完善外形,给出各种设计计算所需的数据。

(2)结构设计。绘制结构草图,进行结构方案研究,对新结构和新工艺进行试验,并进行强度计算和验证性试验,同时要做好强度试验、振动试验和寿命试验等的准条工作。

(3)系统设计。要进行系统方案的地面模拟试验,进一步修改原理图,绘制安装草图,进行协调性检查和强度估箅等。

(4)总体布局。改善外形和内部布置,绘制样机图,配合制作样机,以提供真实的外形和内部布置,供安装、协调和审奄之用。此外,对影响全机的振动问题和气动弹性问题也要相砬地做进一步的分析计算。


此阶段的工作结果是要提交经反复修改后的总体设计方案、外形现论图、结构打样图和系统原理图等,各种计算、分析和试验报告,供强度计算用的第二次外载荷计算报告,以及附件设条配套表、材料、工艺及协作项目的清单目录,样机及其评审结果报告等。最后将按照此阶段工作成果做出选定该初步设计方案和实现该方案的决策。


在此阶段中可能还需继续进行性能、操稳、气动、动力学等方面的校核性试验,利用校核试验结果和由图纸得到的重量、重心和惯数据进行全面的性能、操稳等方面的计算,同时根据正式的外载荷进行零部件的强度校核计算,提前进行零构件、部件的强度试验或有关的振动试验。完成全机和零部件的重量、重心和惯性的计算,提交静力、动力试验任务书和飞行试验任务书。最后给出原型机试制所需的全部图纸和技术文件。

3.详细设计


此阶段要全面实现所确定的直升机的参数和性能,要提交对直升机各部件、各系统及全机进行生产、安装、装配工作所要的全部技术文件,绘制直升机原塑机生产所要的全部图纸(包括零件图、装配图、理论图等),并相应进行全部必要的计算工作(包括气动、强度、动力学和疲劳方面的计算等),进行试制和试验的准备工作。


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