飞机外形严格的气动要求和结构的互换协调

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飞机的机翼、尾翼和机身等部件的几何外形参数与飞机的总体设计性能密切相关。机翼翼型及其在机翼上的配置情况,对气动特性影响极大。显然,只有选用良好的翼型并进行正确地配置,才可能保证机翼具有良好的气动特性。


通常情况下,进行机翼设计时,首先就要从翼型手册等文献资料中查出有关翼型的几何数据和气动参数,并进行对比分析,选出最能满足设计要求的翼型。一般来说,翼型都是由专门的研究部门给出,其种类和数目是很多的。


在过去的几十年中,飞机设计工作者都是从众多现有的翼型中选定所需要的翼型,从不考虑自己设计新的翼型。有时对现有的翼型不尽满意,也无法改动。近来,这种情况有了变化,在飞机设计过程中有时要修改翼型或创造新的翼型,例如,高速旅客机为了竞争,常需要新的翼型。而且,在客观上,随着计算机用于翼型设计,加快了翼型设计的速度,也使在飞机设计过程中修改和创造新翼型(包括预研期间)成为可能。为了在飞机总体设计过程中能正确选择翼型或是根据飞机的速度范围、所需的压力分布研制新的翼型,设计者需要全面分析翼型参数对气动特性的影响。



通常,机身是飞机机体结构中,构造最复杂的一个部件,在选择几何参数、确定机身外形时,必须协调考虑以下诸方面的要求。
⑴ 应该有足够大的内部容积,保证满足内部装载的使用要求;
⑵ 使气动阻力最小;
⑶ 有利于进行结构布置,具有足够的结构高度,便于连接和安装机翼、尾翼等其他部件。


虽然要求所设计的机身,能够同时全面满足各个方面的要求,但是对机身外形几何参数进行初步选择时,对于不同的飞机所考虑的侧重点是不同的。对于低速飞机的机身,通常主要按照其内部装载的需要以及连接安装机翼等其他部件的要求进行设计,同时考虑按气动力的要求,对其外形进行适当的修正;而对于高速飞机,尤其是超音速飞机则应着重考虑气动外形的要求,同时协调内部装载以及连接其他部件的问题。


这里需要特别强调的是,几十年来当飞机设计人员完成飞机的外形设计后,他们给出的设计结果,仅是飞机各部件(机翼、尾翼和机身)的一系列切面数据(型值点列),部分区域给出一些二维曲线方程,而不是全机外形的精确描述。根据这样的设计结果(图纸和一系列数据表格),工厂不能用它们来直接制造飞机,而不得不采用传统造船业中的“放样技术”来精确地描述全机外形,即所谓的模线样板工作法,以及后来的建立全机外形数学模型方法,以此作为生产中传递飞机外形和结构的几何形状和尺寸的原始依据。


在飞机制造过程中,其工艺方法应保证飞机的气动力外形的准确度要求,即实际制造出来的飞机外形相对于理论外形的偏差应在设计的要求之内。不同的机型及同一机型上的不同部分,有不同的准确度要求。一般高速飞机比低速飞机要求高;在同一飞机上机翼部件比机身类部件要求高;在同一部件上,在最大截面以前比最大截面以后要求高。此外,还包括波纹度和表面平滑度要求。波纹度是指相邻两波峰间波谷深度与波长的比值。表面平滑度包括铆钉、螺钉、点焊等处的局部凸凹和蒙皮对缝处的阶差等。还应保证飞机各部件间相对位置的准确度,它主要包括:机翼、尾翼相对于机身的下反角(或上反角)、安装角和后掠角的准确度;各活动翼面相对于固定翼面(安定面)的偏转角、吻合性、配合间隙和剪刀差的准确度;机身各段的同轴度等。


由于飞机结构型面复杂、尺寸大、刚度小,以及装配连接时容易产生变形等原因,使飞机在制造中保证气动力外形及结构的互换协调比较困难,需要采用一些不同于一般机械制造的特殊方法,来保证这些要求。


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