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第一章 绪 论 飞机设计是一门应用科学，实践性强、其理论基础广泛，它来源于实践，是几十年飞机 型号设计工作实践经验的科学总结。在逐渐发展成独立的学科以后，它反过来又用于指导飞 机设计的实践。飞机设计学科也是各项先进的航空科学技术综合应用的结果，其内容涉及空 气动力学、飞机结构与强度、航空发动机、航空材料、航空电子技术、自动控制及制造工艺 等多种学科和专业技术领域。离开各项先进的航空科学技术，没有坚实的理论基础，飞机设 计学科就不可能得到进步和发展。飞机总体设计课程是飞机设计学科的重要组成部分。 §1.1 飞机设计工作的一般过程 在航空科学高度发达的今天，设计一种新型的飞机，从设计方案的提出到试制生产和投 入使用，一般都要经过几年，有时甚至是十几年的时间，这是一个很复杂的过程。简单地归 纳起来，飞机设计的过程一般如图1.1 所示。 图1.1 飞机的一般设计过程 按设计内容的粗细程度和大致的先后次序，飞机设计可以划分为3 个有内在联系的不同 阶段： 1．概念性设计（Conceptural Design）； 2．初步设计（Preliminary Design）； 3．详细设计（Detail Design）。 在飞机开始进行设计之前，首先由使用部门提出或由使用部门与设计部门共同拟定设计 要求，在概念性设计阶段要对飞机的设计要求进行充分分析、研究和论证，有的文献把这阶 · 1 ·
段工作称为“外部设计”。 概念性设计阶段的任务是根据飞机的设计要求，对所要设计的飞机进行全面的构思，形 成飞机设计方案的基本概念，并草拟一个或几个能满足设计要求的初步设计方案。主要内容 包括：初步选定飞机的型式和气动外形布局；初步选择飞机的主要参数；选定发动机和主要 的机载设备；初步选择各部件的主要几何参数；绘制飞机的三面草图；初步考虑飞机的总体 布置方案并初步估算性能，检查是否符合飞机设计要求给定的性能指标，然后修改整理所拟 定的初步方案，组织专门的评比和论证，选定最合理的方案，经主管部门批准后，进行下一 阶段的设计工作。 概念性设计阶段的工作，通常多限于纸面上，不做很多实验，所需费用较少。为了缩短 设计周期，可以用计算机进行辅助设计，采用已有的程序系统选择参数、估算性能和修改外 形布局。因此，在这个阶段中，通常可以多选择几个方案进行对比，经过充分的论证后，从 中选出具有足够的先进性和实际可行的最理想的初步方案，做为进一步设计的基础。这个阶 段的工作虽然花钱和耗时都不很多，但却非常重要，一般对飞机设计具有全局性影响的重大 决策，有很大一部分都是在这个阶段做出的。 初步设计阶段的任务是对前面草拟的飞机设计方案进行修改和补充，使其进一步明确和 具体化，最终绘出完整的总体设计方案。这一阶段的工作包括：修改、补充和完善飞机的几 何外形设计，给出完整的飞机三面图和理论外形；全面布置安排各种机载设备、各个系统和 有效载荷；初步布置飞机结构的承力系统和主承力构件；进行较为详细的重量计算和重心定 位；计算比较精确的气动力性能和操纵性、稳定性；详细绘出飞机的总体布置图。在此设计 阶段，通常还要对飞机及各系统进行一系列的试验研究，制造模型进行大量的吹风试验，有 时还需要制造全尺寸的样机，供协调各系统和内部装载布置之用。因此，与前一段的工作相 比，要耗费较多的时间和资金，并且需要各有关专业部门的配合和参加，协调解决在设计中 所遇到的各种技术问题，经过多次反复，最终得出完整的总体设计方案。由于其各种图纸和 技术文件已经过多轮修改，并且经过了专项试验的验证，故可做为正式的方案提交审查和论 证。论证通过后，飞机总体方案的设计工作告一段落，可以转入下一阶段进行详细设计。 详细设计阶段主要是进行结构设计，包括部件设计和零构件设计。设计完成后，要绘出 飞机各个部件及各系统的总图、装配图、零件图和详细的重量计算及强度计算报告。此阶段 的工作量很大，而且还要进行许多试验，包括静强度、动强度和寿命试验，各系统的地面台 架试验等等。 下一步工作是试制原型机和进行地面试验，包括全机静、动力试验和各系统的地面试验。 如发现问题，要修改原型机。解决问题后，再进行试飞。试飞合格后，按照实际试验和试飞 的情况，最后修改设计，并申请设计定型，由国家有关部门审查，发给型号合格证书（Type Certificate），至此，完成整个设计过程，下一步是转入批量生产。 如前所述，飞机设计是一个很复杂的过程。为了方便，通常把整个飞机设计工作划分为 若干个阶段，但具体的分法和名称并不完全一致。例如在苏联叶格尔等所著的《飞机设计》 一书中，对飞机设计工作阶段的划分如图1.2 所示。 设计工作阶段的划分与设计部门的组织分工有关，各阶段的名称和内涵也不统一，这一 点在参阅各种文献资料时应该注意。 · 2 ·
设计 外部内部 拟定要求初步设计草图设计工作设计 投入批生产 分析使用范围和 使用条件，拟定 总的设计方案， 预测、建立评定 准则，进行技术 经济计算。 决策 是 否 战术技术要求 拟定飞机总的设 计方案，确定飞 机的外形，确定 结构子系统，建 立模型，参数研 究，效率分析和 优化。 确定结构和动力 系统的布局，重 心定位，重量、 气动、强度计算 ，气动弹性试验 研究，制造样机 。 编写技术文件， 试验研究工作， 精确计算，系统 的台架试验，制 造原型机并进行 地面和飞行试验 。 否 是 否 是 否 是 技术方案草图工程图 决策决策决策 图1.2 飞机设计工作框图 §1.2 飞机总体设计工作的特点 www.aero.cn 航空翻译 www.aviation.cn 本文链接地址：飞机总体设计
