大型战略运输机设计.docx

1、大型战略运输机设计大型战略运输机设计 大型战略运输机设计 大型战略运输机设计 项目：大型战略运输机设计 组长： 组员： 班级：01010703 日期： 目 录 第1章前言4 第2章 设计任务书7 2.1 设计要求错误！未定义书签。 2.2概念草图错误！未定义书签。 第3章 初步设计8 3.1初始参数：8 3.1.1起飞重量W0的估算8 3.1.2飞机升阻特性估算- 21 - 3.1.3推重比的确定- 23 - 3.1.4翼载荷的确定- 25 - 第4章：气动布局- 27 - 4.1 总体气动布局- 27 - 4.2 翼型的选择- 27 - 4.3机翼参数- 28 - 4.4机身参数- 29 -

2、 4.5垂尾参数- 30 - 4.6平尾参数- 32 - 4.8操纵面参数- 36 - 第5章：机舱及装载布置- 39 - 5.1驾驶舱布置- 39 - 5.2货仓布置- 40 - 第6章：动力装置- 40 - 6.1 发动机选择- 40 - 第7章：起落装置- 44 - 7.1起落架设计- 44 - 第8章：重量特性估算- 46 - 8.1 飞机重量分配- 46 - 8.2 重量估算- 47 - 第9章：飞机性能分析- 49 - 9.1气动数据的估算- 49 - 9.2飞机的升阻特性- 51 - 9.2.1 最大升力系数- 51 - 9.3平飞阻力特性- 51 - 9.3.1平飞需用推力-

3、51 - 9.5 起飞着陆性能：- 53 - 9.5.1起飞性能- 53 - 9.5.2着陆性能- 54 - 第10章 成本分析- 57 - 第11章 结束语- 59 - 第1章前言 在当今世界军事强国中，大中型军用运输机，我们习惯称之为大运，是其军用飞机中的重要机种之一，在规模化军事行动中有着举足轻重的地位。 这类机型具有快速运送大量兵员、武器装备和其他军用物资到作战前线的能力，确保部队战略机动、战术投送的规模化、快捷性和突然性，在近年来多次现代战争中发挥了至关重要的作用。 由于大型军用运输机用途广泛，因此还可作为空中预警机、空中加油机、电子干扰机、海上巡逻机。 特种任务飞机等支援机型的改装

4、基础平台。 因此，各世界大国都把自行研制和拥有大中型军用战略运输机，作为本国空军是否具备战略运送能力、是否具备快速机动能力的标志；而由此类飞机改装的大量支援机队作为空中作战的力量倍增器，可以使得战局在最大程度上朝着对己方有利的方向发展。 在以信息化为主导的现代战争中，由于战争的突发性强、强度高、节奏快、物资消耗巨大，从而对作战部队的快速反应、机动作战能力和持续作战能力等提出了新的、更高的要求。 一个国家空中输送能力的大小，在某种程度上已逐步成为决定战争胜负的重要因素之一。 现代大型军用运输机大都具备了强劲的发动机和良好的空气动力特性，其巡航速度一般可达800900千米时，是陆上运输速度的15倍

5、，海上运输速度的25倍，因此可以说是这三种运输手段中最快捷的。 现代大型运输机的航程已达数千甚至上万千米。 基本可实现跨洲际部署，经空中加油后，可实施全球性运输。 所以，军用运输机尤其是大型军用运输机的装备数量、技术水平和运载效能已成为衡量一个国家是否具备“战略空军”能力的重要标志。 从近年来发生的几场高技术局部战争来看，大型军用运输机均率先出动，动用的规模已接主战飞机。 大规模应用大型运输机，直接提高了整个部队的机动和快速反应能力，加强了对战争进程的控制能力，增强了部队的持续作战能力。 据统计，在1991年的海湾战争中，美国使用的军用运输机和临时征用的民用运输机共向海湾地区运送了539000

6、吨的货物和近50万名各类作战人员，执行了14000次远程运输任务。 即使在是作战行动相对分散的阿富汗反恐战争中，美国动用的大型军用运输机如C-5和C-17。 也达到了140架。 在伊拉克战争中，美国出动C-17、C-130、C-5。 C-141等大中型运输机，执行了2万余架次的飞行任务，运送兵力约30万人次，运送货物12万吨。 美军的强大空运能力为实现其战略构想创造了条件，也满足了战场中快速机动运输的要求。 综合分析来看，现代化大型军用运输机在现代化战争中的主要作用如下： 一是能够实现作战部队的快速部署。 大型军用运输机由于速度快、运载能力大、航程远，因而可以快速空运兵员、作战装备与军用物资到

7、达指定地点，对作战部队实施快速部署或补充。 以尽快形成对敌方的最大战略威慑。 当威慑力量起到作用时。 甚至可以免动兵戈，而当这种部署不能震慑敌对势力时，这支威慑力量就可以迅速投入战斗。 在海湾战争中，美第82空降师领命后在48小时内从美本土启程，跨洲越洋，远程奔袭上万千米，作为快速机动力量首先进入沙特，第101空中突击师也紧随其后。 紧急部署于海湾地区，对后来军事行动的展开起到了举足轻重的作用。 在海湾战争的空降作战中，多国部队把主降地点选择在伊拉克纵深处。 该处伊军的防御力量薄弱，同时又关联伊军纵深的要害目标。 多国部队占领该处后，建立“眼镜蛇”前方作战基地，以此为跳板，采取“蛙跳”战术，迅

8、速突入到幼发拉底河畔，协助地面部队切断伊军的退路，为击溃伊军创造了先决条件。 二是能够使部队保持持续作战能力。 由于高技术武器装备在现代战争中的大量应用，装备、弹药、油料和其他物资等消耗量异常大，如果不能提供及时的补给和更替。 很可能会对战争的结局产生致命影响。 在伊拉克战争初期，由于美军第3机步师推进速度过快，后勤补给一度出现困难。 为尽快摆脱战场被动局面，美军使用其最先进的C-17大型战略运输机，给第3机步师及时运送了弹药、食品、药品等物资，缓解了供求矛盾。 据不完全统计，美军在海湾战争中总计消耗各类物资高达3000多万吨，是整个朝鲜战争的近50倍。 由此看来。 要保持部队的持续作战能力，

9、就必须有便捷、快速、高效的大型空运保障力量做支撑。 三是能够保障执行特种作战以及和平时期执行抗震救灾和国际人道救援等任务。 大型军用运输机由于持续航程远，因此在战时可以把执行特种作战任务的成建制部队投放到特定区域，有时甚至连同人和装备同时投运，极大的提高了战争的突然性和有效性。 而在越来越多的抗震救灾和国际人道救援行动中，大批的大型军用飞机在人员转移、救灾物资运送、救援人员和装备的运输等方面大显身手。 在我国去年的四川汶川大地震中。 除了我国的大型军用运输机把大批人员和物资运送到地震现场之外，美国的C-17大型军用运输机也曾把美国捐献的救灾物资空运到了四川汶川。 根据分析资料显示。 具备战略空

10、运能力是现代化战争胜利的重要保障。 美军的战略机动15%的运输量是由大型军用运输机来完成的，实施远程作战的战略轰炸机、战术战斗机等也主要依靠运输机来保障。 美军运输机部队在历次海外战争中都发挥了重大作用。 以2003年的伊拉克战争为例。 其运输机部队共执行任务约15940架次，运送了10余万吨物资和1327.6万兵员，空运的人员总数占美军参战人员总数的79%。 可以看出大型运输机对我国国防的重大影响，所以研制一种大型战略运输机是我军的当务之急。 现以美军C-5运输机为原型，设计一架适合我军的大型运输机。 世界主要大型运输机部分数据 C-5 安-124 安-225 机长 75.54米 69.10

11、米 84 米 机高 19.85米 21.08米 18.1 米 翼展 67.88米 73.30米 88.40 米 机翼面积 576.0平方米 628.00平方米 905.0 平方米 货仓长宽高 36.91米5.79米4.09米 36.0米6.4米4.4米 43.0米6.4米4.4米 使用空重 169643千克 175000千克 175000 千克 最大商载 118387千克 150000千克 250000 kg 最大燃油重量 150815千克 230000千克 15400千米 最大起飞重量 379657千克 405000千克 640000 千克 最大速度 919千米/小时 865千米/小时 85

12、0 千米/小时 巡航速度 908千米/小时 800850千米/小时 750 千米/小时 起飞滑跑距离 2530米 2520米 3500 米 着陆滑跑距离 725米 900米 最大有载航程 5526千米 4500千米 4000 千米 最大燃油航程 16500千米 14000 千米 实用升限 10895米 10000 米 第2章 设计任务书 2.1主要设计目标 设计一种大型运输机，该机具有载重量大，飞行寿命长，可靠性和维修性好及能迅速将部队运输到主要军事基地和前线基地的特点，必要时也可以进行战术运输和战略空投，航程在5000公里以上，能够极大的提高部队的机动性和快速反应能力。 2.2目的与用途 大

13、型军用运输机具有快速运送大量兵员、武器装备和其他物资的能力，能确保部队战略机动、战术投送的快捷性和突然性，在现代化战争中发挥过关键性的作用，并且成为了预警机、加油机、电子干扰机、海上巡逻机等重要机型的基础平台。 2.3外形参数 机长：75m 机高：20m 翼展：70m 机翼面积：580m2 2.4重量参数 有效载重：80000千克 2.5飞行性能 巡航速度：810千米/小时(11000m高度) 最大平飞速度：850千米/小时 巡航高度：912km 实用升限：13000m 最大载重航程：5000km 起飞距离：2000m 着陆距离：900m 2.6货舱尺寸: 高度：4m 宽度：5m 长度：29m

14、 容积：560立方米 2.7使用寿命 使用飞行寿命为50000飞行小时或8000次起降，机体寿命达20年。 第3章 初步设计 3.1初始参数： 3.1.1起飞重量W0的估算 一.飞机起飞重量的构成 以及近似计算过程的 草图或初始布局 和CD0 发动机的SFC 设计目标 机翼几何参数 选择和“e”估算 T/W和W/S 每一段任务的. W0推算 每一任务段的 Wf W0计算 参数选择 迭代求解 框图如下： W0为飞机的起飞总重，它由以下几部分组成： Wp为有效载荷(含乘员)重量 Wf 为燃油重量，包括任务燃油(可用燃油)、备份燃油(安全余油)及死油三部分； We为空机重量，主要包括结构(机体、起落

15、架、操纵系统等)重量、动力装置重量及设备重量三部分； 因为： 所以： 其中：、分别称为燃油重量系数、空机重量系数。 在有效载重Wp已知的情况下，求出空机重量系数和燃油重量系数 (或燃油重量)，就可求出。 二.空机重量系数 空机重量系数We /W0 采用统计方法给出，其值大致为0.30.7，战斗机为0.350.45。 对于用常规金属材料制造的飞机，We /W0的拟合公式为： 由于We /W0随起飞重量的增加而减小，所以C10 涵道比： 0.20.3 总增压比： 26 涡轮进口温度()： 约1700 最大直径(mm) ： 1143 长度(mm)： 4826 质量(kg)： 1360 风扇： 3级轴

16、流式，无进口导流款弦叶片 高压压气机： 6级轴流式，采用整体叶盘结构 燃烧室： 环形整体式，采用浮壁结构 6.2尾喷管设计 本机采用矩形二元矢量喷管，二元矢量喷管是飞机的尾喷管能在俯仰和偏航方向偏转，使飞机能在俯仰和偏航方向上产生垂直于飞机轴线附加力矩，因而使飞机具有推力矢量控制能力。 6.3 进气道设计 现代飞机动力装置系统中的进气道应能（1）有尽可能高的总压恢复系数；（2）压气机进口处的速度场要足够均匀；（3）在各种使用工作状态下都能稳定地工作（没有严重的气流分离 和压力脉动）；（4）外部阻力尽可能小。 本机采用外压可变几何形状进气道，其内部原理如下图： 为了有效的改变截获气流的截面面积，

17、把进气道的前部设计成一个整体可动的形式。 （1）参数确定 捕获面积S= = =0.7159m 其中取= 150kg/s =0.364kg/ =1.6295=472m/s =0.82 根据经验公式可取进气道的长宽比为 b=1.2h 得到进气道高度为 h=0.7724m 宽度为 b=0.9269m （2）当M=1.6时，=0.5，=0.36 （3）在超音速时，为了防止波系（尤其是喉道后面的正激波）处于给定的位置，在进气道管道表面上（在喉道后面）设计专门的活门，将多余的空气排入大气。 在超音速巡航飞行时，调节活门的打开量。 从而使部分大气排入大气中，防止进气道发生喘振。 （4）无论在亚音速还是超音速

18、，在机身表面和压缩斜面上都会形成一个“附面层”。 我们根据本机进气道的位置和飞行速度的需要设计机身侧表面到进气道上唇口之间有4.5英寸的间隙。 同时我们还可以在调节板的压缩面和进气道内表面设计附面层吸除装置。 如下图： 第7章：起落装置 7.1起落架设计 1 起落架形式的选择： 本机采用前三点式起落架 2 起落架主要参数的确定： 停机角 通常取：，其最佳值应使飞机滑跑时迎面阻力最小，以缩短起飞滑跑距离。 本机的停机角=1。 着地角 本机的着地角取 防后倒立角 原则：角不能过小，防止发生尾部倒立事故；也不能过大，过大会使前轮伸出量减小，造成前轮载荷过大，起飞时抬前轮困难，致使起飞滑跑距离延长。

19、本机取 前、主轮距b 原则：前轮所承受的载荷为起飞重量6%12%； b =（0.30.4）L；要与防后倒立角相协调。 由机身估算知机身长度为24.9米，故b应取值6.608.80m之间，考虑到要与防后倒立角相协调，本机取b=7.60m。 选择前轮伸出量a的条件是保证停机时前轮上承受的载荷为飞机重量的6%12%。 机身初次估算让前轮承受载荷为飞机重量的10%。 前轮伸出量 a=0.9b=6.84m 主轮伸出量 e=0.1b=0.76m 起落架高度 h 原则：根据防后倒立角和着地角确定；考虑在机体上的安装和收藏位置的需要；地面与飞机之间距离不小于200250mm. 初步估算取起落架高度 h=2.

20、34m 起落架宽度 B 原则：按飞机起飞、着陆以及在地面滑行时的稳定性，越宽越好；主要决定于飞机重心距地面的高度h，最小的主轮距应该满足不致使飞机向侧向翻倒的要求。 是侧向摩擦系数，本机取 =0.85 将h,b,a的值代入上式计算得起落架的最小宽度为4.07m，为增加滑行时的稳定性，我们将起落架的宽度初步定为B=4.75m。 3减震器的选择： 飞机的减震器对飞机的良好着陆具有重要的作用。 飞机着陆瞬间的垂直速度所具有的能量全由起落架和机轮的压缩来吸收，=。 根据本机的需要我们设计能承受4的过载行程为320mm的定油孔减震器。 4轮胎的选择与设计： 飞机的轮胎同减震器一样具有吸收飞机着路瞬间的垂

21、直速度所具有的能量的功能。 我们将起落架设计成前轮两个轮胎主轮一个支点一个轮胎的形式。 本机取轮胎的直径为400mm,宽度为100mm,能承受的压强为1.500Mpa。 第8章：重量特性估算 8.1 飞机重量分配 结构重量分类 机身（含座舱盖） 机翼 平尾（含转轴）前翼 立尾（含腹鳍） 起落装置 主起落架 前起落架尾轮 减速伞系统着陆拦阻装置 进气道 短舱（发动机装在机身里时，该项属于机身） 飞机基本构件重量分配： =2806.12kg =4853.52kg =161.23Kg = 925.03kg 728.21kg = 13602=2720kg W鸭翼 =266.87kg =372.63 k

22、g 说明：对于鸭式飞机，由于鸭翼下洗对机翼的影响，而且本机采用前略翼，这些经验法则很不可靠。 对于带有计算飞控系统的操纵型鸭翼(即不稳定飞机)，机翼最初应布置在使飞机重心位于机翼MAC大约1520%处 8.2 重量估算 全机重量分布：坐标系以机身头部最前端为坐标原点，取机身轴线为ox轴，垂直向上为0y轴 部件 Wi（kg） Xi(m) WiXi(kg.m) Yi(m) WiYi(kg.m) 机翼 4853.52 11.79 57223.0008 -0.4 -1941.408 机身 2806.12 10.8 30306.096 0 0 垂尾 161.23 16.44 2650.6212 0.47

23、3 76.26179 鸭翼 266.87 4.7 1254.289 0.801 213.76287 主起落架 925.03 15.43 14273.2129 -1 -925.03 前起落架 728.21 7.05 5133.8805 -0.68 -495.1828 发动机 2720 16.02 43574.4 0 0 发动机操纵 100 10.54 1054 0 0 防冰系统 220 12.1 2662 0 0 燃油系统 372.61 10.45 3893.7745 0 0 设备和操纵系统 343.5 10.1 3469.35 0 0 飞行员 100 4.5 450 0.643 64.3 第一组燃油 2800 10.79 30212 -0.5 -1400 第二组燃油 2800 10.79 30212 -0.5 -1400 第三组燃油 3900 10.6 41340 0 0 总和 23097.09 267708.6249 -5807.29614 飞机重心位置的计算： =11.59m =