南京航空航天大学课程作业题目150座客机总体设计负责人杨天鹏负责人学号011110715学院航空宇航学院专业飞行器设计与工程班级0111107指导教师罗东明讲师二〇一四年十一月150座客机总体设计摘要本课程作业根据设计要求与适航条例进行了150座客机的总体设计，完成了包括全机布局设计，机身外形初步设计，确定主要参数，发动机选择等工作。
实践了飞机总体设计的课程相关内容，为进一步进行飞机总体设计课程设计打下基础。
关键词：150座，客机，总体设计目录摘要 (ⅰ)第一章设计要求 (1)第二章全机布局设计 (2)2.1 设计要求 (2)2.2 飞机布局形式设计 (2)2.3 飞机平尾设计 (3)2.4 飞机机翼设计 (3)2.5 机翼位置设计 (4)2.6 发动机设计 (4)2.7 起落架设计 (6)2.8 小结 (6)第三章机身外形初步设计 (7)3.1 机身设计要求 (7)3.2 中机身设计 (7)3.3 前机身设计 (9)3.4 后机身设计 (12)3.5 小结 (12)第四章飞机主要参数的确定 (13)4.1飞机重量的估算 (13)4.2 翼载荷与推重比设计 (15)4.3 小结 (16)第五章发动机设计 (18)5.1 发动机设计要求 (18)5.2 发动机类型的选择 (18)5.3 发动机型号选择 (20)组内分工 (21)参考文献 (22)致谢 (23)第一章设计要求要求设计150座民用客机，指标如下：（1）有效载荷：每人重75kg，每人行李总重20kg，机组7人，每人重85kg （2）巡航速度：Ma0.8（3）飞行高度:35000英尺－41000英尺（10.668 km－12.4968km）（4）航程：5500km（5）备用油规则：5%任务飞行用油+ 1500英尺待机30分钟用油+ 200海里备降用油（6）起飞场长：小于2200m（7）着陆场长：小于1700m（8）进场速度：70m/s要求经济性高，安全性高，符合客户需求。
第二章全机布局设计2.1 设计要求一般民机的设计要求如下：（1）气动特性：机翼－机身－短舱干扰阻力小，全机升阻比大。
（2）结构特性：结构件综合利用；重量轻。
（3）操稳特性：尾翼的临界Ma数大于机翼的临界Ma数。
（4）重心位置：有效载荷、燃油和空机重心位置尽量接近。
（5）使用要求：满足特殊的使用要求。
（6）维修性：发动机和各种设备便于检查。
（7）技术储备：是否已掌握了该布局的设计特点。
（8）市场因素：研究市场（客户）对布局的偏好。
2.2 飞机布局形式设计飞机的主要三种布局形式及优缺点如表2.1所示。
表2.1 飞机的主要三种布局形式及优缺点综合考虑设计安全性，技术成熟性以及目标用户的偏好采用正常布局形式。
2.3 飞机平尾设计平尾位置的要求有以下几点：（1）避开机翼尾涡的不利干扰；（2）将平尾布置在机翼翼弦平面上下不超过5％平均气动力弦长的位置，有可能满足大迎角时纵向稳定性的要求；（3）避开发动机尾喷流的不利干扰；（4）有利于结构布置；（5）平尾安装在机身上对减轻结构重量有利。
主要考虑结构重量的经济性和安全性采用上平尾，且可以一定程度避开流动干扰。
单垂尾即可满足飞机的操纵要求。
2.4 飞机机翼设计飞机机翼的主要三种形式及优缺点如表2.2所示。
表2.2 飞机机翼的主要三种形式及优缺点因设计机型的巡航马赫数处于高亚音速，所以为延缓激波的产生，避免过早出现波阻而选择后掠翼。
同时考虑客户期望和巡航速度而不采用三角翼。
三种机翼的几种因素比较如表2.3所示。
可以看到，后掠翼的阻力，升力较好，经济性高。
表2.3 三种机翼的阻力、升力、重量比较2.5 机翼位置设计机翼位置引起的因素变化如表2.4所示。
表2.4 机翼位置引起的因素变化主要考虑下单翼的经济性和安全性如：下单翼布局在水上强迫着陆时更安全；机翼结构可从客舱地板下穿过；起落架短、易收放、结构重量轻；发动机和襟翼易于检查和维修；安全考虑：强迫着陆时，机翼可起缓冲作用。
所以选择下单翼构型。
但同时机身机翼气动干扰较大；机翼离地近，吊舱安装困难；部分客舱的座位的视线被机翼遮挡。
2.6 发动机设计考虑到安全性防止发动机失效及现代发动机足够大，采用双发布局。
发动机不同布局形式的特点如表2.5所示。
由于民航客机的飞机性能要求较低，且考虑采用涡扇、涡桨形式的发动机，因此选用经济性和重量较小的短舱式发动机布局。
表2.5 发动机不同布局形式的特点短舱式发动机的布局位置的参数比较如表2.6所示。
主要考虑民航客机的经济性和减重要求，选用翼吊形式的发动机布局。
表2.6 短舱式发动机的布局位置的参数比较2.7 起落架设计三种常用的起落架布局优缺点如表2.7所示。
因为重量不是特别大，所以不采用多支点式起落架，主要考虑起落架使用的安全性采用前三点式起落架。
表2.7 三种常用的起落架布局优缺点2.8 小结如上所述，本机布局采用正常式布局，下单后掠翼，上尾翼，单垂尾，翼吊发动机，前三点式起落架。
第三章机身外形初步设计3.1 机身设计要求（1）装载要求：有足够大的内部容积，如乘客、机组、使用项目、行李、货物、系统安装。
（2）气动要求：气动阻力小（3）结构要求：有利于结构布置，如机翼、尾翼安装和发动机布局。
（4）适航要求：抗坠毁性，应急撤离3.2 中机身设计客舱设计要求有以下几点：（1）形状：圆形或多段圆弧；表面面积小，有利于减少摩擦阻力；对于气密舱，有利于承受内压。
（2）宽度：取决于每排的座椅数、座椅宽度、过道数和过道宽度。
（3）高度：取决于货舱容积、地板高度、客舱高度、行李架空间。
（4）客舱长度：每排座数、总人数、排距；厨房、衣帽间；登机门、应急出口门。
本机安排12头等舱，138经济舱，共150座。
由于座位数不多，采用单通道设计。
其中经济舱一排6座，座椅宽度50cm，过道宽65cm，座位共宽3.65m，机身宽度3.95m，共23排经济舱座位，座位间距80cm，紧急出口处间距110cm，共长19m。
头等舱一排4座，座椅宽度75cm，过道宽65cm，座位共宽3.65m，机身宽度3.95m，共3排头等舱座位，座位间距95cm，共长2.85m。
由此中机身座位区总长21.85m，总长22.5m，算得座位区长径比5.53。
长径比过小意味机身形状短粗，阻力增加，但刚度好，有利于实现机型系列化（机身加长）。
长径比过大，机身刚度不好，不利于系列化机型机身加长。
考虑本机150座要求，与表3.1其它机型中机身长径比对照数据适当。
表3.1 一些民机中机身长径比数据座舱高2.2m，货舱高1.24m，宽2.64m，底部宽1.42m，中机身高4.14m。
经济舱座位如图3.1所示，头等舱座位如图3.2所示。
当量直径8.09m2。
可放置7个LD3-45W集装箱，约25立方米。
图3.1 经济舱座位示意图图3.2 头等舱座位示意图中机身共有应急出口共8个，其中四个一级出口为前后机门，四个二级出口为舷窗出口。
机身座位安排、应急出口、舱门等如图3.3所示。
图3.3 机身布局示意图3.3 前机身设计前机身设计要求如下：（1）装载要求：前视雷达；驾驶舱；前起落架（2）视界要求：在所有飞行和地面滑行过程中，有良好视界。
进场，能看见地平线以下；爬升，能看见地平线以下至少10度；转弯，向上20度左右，侧向110度；地面，能看见翼尖。
（3）减阻要求：光滑曲面（减阻）与平直风挡玻璃（视界好）之间的权衡；前机身长径比与阻力发散马赫数之间的关系。
本机与相近的巡航速度的757-200，更高速度的767-200，777等比较见表3.2，且要求避免跨声速阻力发散如图3.4，取前机身长径比1.4，此时前机身长度5.53m。
表3.2 不同机型前机身长径比分析图3.4 前机身长径比对阻力发散马赫数的影响其次，考虑视界问题，如图3.5、图3.6、图3.7所示，机翼采用上反布局以满足稳定性要求和安装发动机要求。
图3.5 机头上下视角图3.6 机头主副驾驶环向视角图3.7 机头平视及最大视角3.4 后机身设计后机身设计考虑的主要因素如下：减阻要求，外露面积，气流分离；结构重量轻；起飞时擦地角；安装尾翼，吊舱。
θfc的影响为θfc变大，摩擦阻力小，型阻增大，尾翼面积会增加；θfc变小，摩擦阻力增大，型阻小，尾翼面积减小；θfc的大小与着陆时着地角有关。
与其他机型相比如表3.3所示，取上翘角，机尾外形与地面夹角，长径比为2.5，算得长度9.88m。
机身总长37.91m3.5 小结经上述设计，最终机身参数如下：（1）前机身长5.53m，长径比1.4，并设计视窗满足视角的要求。
（2）中机身长22.5m，宽3.95m，高4.14m，长径比5.53，并安排客舱内布局。
（3）后机身长9.88m，长径比2.5，取上翘角，机尾外形与地面夹角。
机身总长37.91m。
第四章飞机主要参数的确定4.1飞机重量的估算假设的重量不仅要满足任务载荷和燃油重量，而且要满足最大起飞重量与使用空重的统计关系。
飞机的任务剖面如图4.1所示。
图4.1飞机的任务剖面查阅美国标准大气（1976年）得，大气中11km音速约为a=295m/s。
设计航程R=5000km，设计巡航速度Ma=0.8，设计耗油率C＝0.6（涵道比为6），升阻比L/D＝17.6。
由Breguet航程方程始终，带入数据解得始终。
又由巡航燃油全机全机终，解得巡航燃油全机。
燃油系数计算如表4.1所示。
表4.1 燃油系数计算表机身共有25m3货舱空间，设机组人员7人，每人重85kg，旅客150人，每人重75kg并携带20kg行李，载货1500kg，则载荷。
假设重量的计算如表4.2所示，不同机型的重量统计表如表4.3所示，合并绘图如图4.2所示，得交点（78462，42188）。
因此，估算得飞机总重78462kg，空重42188kg，与统计表中同机型比较符合。
表4.2 假设重量计算表表4.3 不同机型的重量统计表图4.2 飞机重量统计绘图与本机重量计算图4.2 翼载荷与推重比设计由以上数据绘制界限线图和地毯图如图4.3和图4.4所示。
按确定翼载荷和推重比的一般原则：翼载荷的值尽量靠右；推重比的值尽量靠下；留有充足的余量。
因此取翼载荷570（10N/m2），推重比0.32 (10N/kg)。
窄体客机的翼载荷推重比数据如表4.4所示，对比数据并经地毯图验证说明本机翼载荷与推重比选择合理。
图4.3 界限线图图4.4 地毯图表4.4 窄体客机的翼载荷推重比数据4.3 小结2），推重比0.32 (10N/kg)。
第五章发动机设计5.1 发动机设计要求发动机选用要求如下：（1）各飞行阶段（起飞、爬升和巡航）发动机的推力；（1）耗油率低；（1）重量轻；（1）发动机几何尺寸小；（1）安全可靠，故障率低；（1）工作寿命长；（1）使用维护方便；（1）价格低；（1）环保性好（噪声小，排放物少）。