民用飞机气动布局发展演变及其技术影响因素

发布时间：2020-04-01 06:09

【摘要】：在民用飞机气动布局发展演变的历程中,技术因素是根本推动力。为了研究未来民机的发展方向、技术需求以及应对策略,在回顾民机气动布局发展历程的基础上,梳理了在现代民机气动布局形成与演变过程中有着重要影响的4大类技术因素:航空发动机、气动设计、结构设计、飞行控制,并且揭示了这些技术因素在民机发展及其气动布局演变中所发挥的作用。结合未来航空运输市场出现的新需求,分析了未来民机的主要发展方向,重点分析了未来非常规布局民机可能采用的翼身融合、双气泡机身、支撑翼以及联结翼等气动布局形式。最后探讨了新技术条件下民用飞机发展在技术方面的需求和挑战,以及未来民用飞机总体设计的技术策略,明确了多学科设计优化是满足未来民机总体设计需求的有效技术途径。
【图文】：

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３２航空学报Ｊａｎ．２５２０１６Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１图１美国道格拉斯飞机公司ＤＣ－３（活塞螺旋桨）［１０］Ｆｉｇ．１ＤＣ－３ｏｆＤｏｕｇｌａｓＡｉｒｃｒａｆｔＣｏｍｐａｎｉｅｓｉｎｔｈｅＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ（ｐｉｓｔｏｎｅｎｇｉｎｅｗｉｔｈｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）［１０］特征，全金属半硬壳式结构、悬臂梁下单翼、机翼安装２台发动机、可收放式起落架以及宽大的近似圆柱形机身。事实证明这一设计非常成功，该机在２０世纪４０年代就已经处于世界航空运输业的垄断地位。截至二战结束，该型飞机一共生产了１３０００多架（包括其军用型Ｃ－４７），成为世界上单一机型产量最多的运输机［２，１０］。燃气涡轮发动机在２０世纪４０年代趋于成熟，而英国最早尝试将这种发动机应用于民航客机，相继研发了涡轮螺旋桨动力的“子爵”客机和涡轮喷气动力的“彗星”客机，２种机型均在２０世纪５０年代初投入商业运营。相比喷气式客机，涡轮螺旋桨客机在燃油经济性方面具有优势，但飞行速度提升有限，运输效率远不及喷气式客机，在大型客机的竞争中很快被喷气式客机所取代，没有成为现代客机的主流［２，１１］。作为现代客机的一个分支，涡轮螺旋桨客机凭借燃油经济性较好、使用维护成本低、机场适应性好等特点在支线航空领域占据一席之地。２．２涡喷／涡扇民用飞机世界上第一种喷气式客机是由英国德哈维兰公司生产的“彗星”客机，它于１９４９年出厂，１９５２年投入航线运营［１２］，其气动布局如图２所示。“彗星”客机配备４台由罗罗公司生产的涡轮喷气发动机，采用后掠机翼，机身采用铝

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运营。相比喷气式客机，涡轮螺旋桨客机在燃油经济性方面具有优势，但飞行速度提升有限，运输效率远不及喷气式客机，在大型客机的竞争中很快被喷气式客机所取代，没有成为现代客机的主流［２，１１］。作为现代客机的一个分支，涡轮螺旋桨客机凭借燃油经济性较好、使用维护成本低、机场适应性好等特点在支线航空领域占据一席之地。２．２涡喷／涡扇民用飞机世界上第一种喷气式客机是由英国德哈维兰公司生产的“彗星”客机，它于１９４９年出厂，１９５２年投入航线运营［１２］，其气动布局如图２所示。“彗星”客机配备４台由罗罗公司生产的涡轮喷气发动机，采用后掠机翼，机身采用铝制蒙皮，使用增压客舱。可以看出，“彗星”客机基本上继承了ＤＣ－３的气动布局设计，将发动机安装在机翼根部，对喷气式发动机采用了内埋设计。这种安装方式使得发动机的维护操作困难，对于喷气式客机来说是一种不成功的设计。１９５４年，投入运营不久的“彗星”客机连续２次坠毁，给这一机型造成致命打击。通过对事故的调查分析，工业界对金属疲劳问题有了新的认识，进而改进了喷气式客机增压客舱的设计方式［１３－１４］。但是“彗星”客机因为不够成熟的设计，很快退出了喷气时代航空运输市场的竞争。图２英国德哈维兰公司生产的“彗星”客机［１２］Ｆｉｇ．２“Ｃｏｍｅｔ”ａｉｒｌｉｎｅｒｏｆｄｅＨａｖｉｌｌａｎｄｉｎＢｒｉｔａｉｎ［１２］２０世纪５０年代发展的波音７０７是美国第一种喷气式客机，，也是喷气时代民航工业诞生的第一个经典机型，对后续喷气式客机气动布局设计具有深远影响［１５］。与此同时，涡轮风扇发动机也开始出现

【参考文献】