对某轻型飞机的改进设计探讨范文

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《民用飞机设计与研究》2017年第4期

摘要：我国低空领域逐步开放，通用航空的发展也呈现出愈发火热的局面。提出了一款新型单人驾驶飞机设计工程估算方法，以航程航时、巡航速度、起降距离为目标，在初步选定动力装置的情况下，对新机的质量和翼载进行了设计。为了验证该工程方法的适用性，收集整理了大量类似机型的已知设计结果进行校核计算。研究结果表明，这套工程方法适用于轻型飞机的设计，并获得了该轻型飞行的总体性能数据和初步外形。

关键词：轻型飞机；工程估算；燃油系数；翼载

随着航空业的快速发展，国家相继出台了有关通用航空业的利好消息。《国务院关于促进民航业发展的若干意见》中提出了大力发展通用航空的主要任务[1]，而《通用航空发展专项资金管理暂行办法》的出台使得通用航空的发展更加明朗[2]。据业内人士预测，2020年前，我国通用飞机保有量将大幅上涨，年均增速在20%以上[3]。由此可见，低空领域表现出逐步开放发展趋势，通用航空市场的发展前景诱人。本文对某款新型轻型飞机进行了优化设计，在选定动力装置的情况下，运用工程方法对全机质量、翼载进行了设计，从而获得了满足设计目标的全机气动外形。与原型飞机相比，新机可获得更快巡航速度和最大飞行速度，航程增加30%，且起降距离短。

1性能对比及设计要求

1.1设计目标

参照某轻型飞机的参数，并考虑该飞机的停放、使用和制造成本等要求，明确优化后的新机设计指标。

1.2设计参考

本次设计广泛选取类似机型和相关参数用于校核和验证后续工作的可信度，参照机型均取自《世界飞机手册》[4]通用飞机章节的内容。

2全机质量确定

2.1质量估算方法

2.2空重比系数的确定

按照统计规律，空机质量系数大约在0.3～0.7，并随着飞机总质量的增加而递减。

2.3燃油系数估算

参考《民用飞机总体设计》[5]给出的估算方法，并依据Hirth3003v发动机在海平面高度下的油耗数据。

2.4螺旋桨飞机推力油耗C推导单位耗油率（“SFC”或简写为“C”）是燃油消耗率除以由此产生的推力。

3翼载设计

3.1失速速度

约束下的翼载飞机的失速速度直接由翼载和最大升力系数决定，是影响飞机安全的主要因素。参照不同机型的典型构型最大升力系数，按照相关要求规定了新机的许用失速速度，并获得了该构型下的最大可用翼载。

3.2起飞距离

约束下的翼载翼载和推重比对起飞距离均有影响，飞机的起飞滑跑距离LTOR随起飞参数TOP23的变化而改变。

3.3着陆距离

约束下的翼载进场速度Vapp规定为失速速度VSL的1.3倍。失速速度为着陆构型状态，着陆襟翼、起落架放下、无动力。着陆滑跑LLR与失速速度VSL平方的统计关系拟合式为：LTR=0.08082SLV，LL＝1.938LLR，LL＝0.15652SLV.参数LL/LLR与统计值1.938量级相当，且估算后的着陆构型失速速度与着陆构型最大升力系数与实际飞行经验值近似，因此，认为该参数可用于新机在着陆距离约束下翼载的估算。

3.4机翼面积的确定

选取计算获得的最低翼载，以满足机翼在所有的飞行条件下的需求。经对比，取失速翼载为60kg/m2，由此估算机翼面积为7.5m2。

4外形的初步确定

由前期获得的机翼面积、翼展、机长等参数，对外形进行初步规划。机翼平面几何形状、机翼翼型的选取充分考虑低速飞机的气动要求，并对翼尖加装剪切翼尖，形成该型飞机的初步外形。

5结论

本文运用工程估算的方法，对某型飞机和收集的其他类似机型的资料进行了分析和估算对比，计算结果与经验值吻合，验证了该估算方法对轻型飞机的适用性。通过对新机质量、翼载的设计，获得了满足设计目标的机翼面积，并对全机外形进行了初步设计。与原型飞机相比，新型飞机的巡航速度由193km/h增加至220km/h，最大速度由241km/h增加至350km/h，且机翼面积由9.3m2减小为7.5m2，航程增加20%，优势明显。

参考文献：

［1］佟刚，张利国.通用航空产业发展途径探讨［J］.沈阳航空航天大学学报，2011，28（6）：34-35.

［2］陈团生.我国通用航空的发展对策分析［J］.航空航天，2007（3）：23-26.

［3］李纲领.卖水胜过淘金——中国通用航空行业研究报告［R］.行业研究报告，2010：11-22.

［4］《世界飞机手册》编写组.世界飞机手册［M］.北京：航空工业出版社，2011：757-900.

［5］《民用飞机总体设计》总编委员会.民用飞机总体设计［M］.北京：航空工业出版社，2011：190-250.

作者：胡冶；国洪梅；赵楠 单位：中航飞机研发中心总体所