第二章市场分析 就中国市场而言，在未来15年里，随着干线航线网络发展成熟，250座级的飞机需求 量将会翻三番[15]，现有数量已远远不能满足未来需求，会出现巨大的缺口。制造此座级的 飞机将有效扩充我国国内和国际间干线运输能力。 表2至2027年我国民航客机机队规模和需求预测 座级 截止2007 截止2027 需求量 400(2400座位) 4 93 93 300(250~399座位) 59 219 298 200(181~249座位) 159 606 549 150(121180座位) 773 1819 1481 2.2.目标分析 根据市场需求调查和分析，所设计飞机基本参数为：最大航程7000km,双通道，250 座级。为满足以中国为核心的亚太地区未来20年的航空需求，我们将最大航程选择为 7000k.如图7所示，选择北京、上海、广州、成都为飞行起点，飞行范围将覆盖包括亚 洲、澳洲、欧洲等绝大部分亚太和中东地区。对比图7和图8，到2031年，飞机所设计最 大航程覆盖超过一半的世界航空运输量。 兰 卫星 北大西 网你及利利比亚 马里尼日尔 尼日利亚 印尼西 巴 到 2000公里1 南大西 2000英里 数02013G920118020 apLink- 图7最大飞行覆盖范围
第二章 市场分析 9 就中国市场而言，在未来 15 年里，随着干线航线网络发展成熟，250 座级的飞机需求 量将会翻三番[15]，现有数量已远远不能满足未来需求，会出现巨大的缺口。制造此座级的 飞机将有效扩充我国国内和国际间干线运输能力。 表2 至2027 年我国民航客机机队规模和需求预测 座级 截止 2007 截止 2027 需求量 400(≥400 座位) 4 93 93 300(250~399 座位) 59 219 298 200(181~249 座位) 159 606 549 150(121~180 座位) 773 1819 1481 2.2.目标分析 根据市场需求调查和分析，所设计飞机基本参数为：最大航程 7000km，双通道，250 座级。为满足以中国为核心的亚太地区未来 20 年的航空需求，我们将最大航程选择为 7000km. 如图 7 所示，选择北京、上海、广州、成都为飞行起点，飞行范围将覆盖包括亚 洲、澳洲、欧洲等绝大部分亚太和中东地区。对比图 7 和图 8，到 2031 年，飞机所设计最 大航程覆盖超过一半的世界航空运输量。 图7 最大飞行覆盖范围
第二章市场分析 2031 RPK traffic by flow and region CIS North Europe Indian Central Amenca South 图8预计2031年各地区交通量 2.3.设计理念 我们将所设计飞机命名为SkyChallenger”,寓意为填补当前中短程航线宽体客机的空 缺，从提高旅客出行便捷出发，改善未来旅客出行选择方式，挑战和改变未来世界航空格 局，力争成为航空发展的重要动力和活力。 着眼于当前航空发展的趋势和未来飞机设计的要求，SkyChallenger飞机的设计理念为 “安全性、经济性、舒适性”，具体阐释如下： )安全性：对于民用飞机而言，因为没有安全性，一切都无从谈起。在设计过程中， 我们把零部件和各系统的可靠性可靠性摆在首位，抛弃可能降低安全性的一些颠覆性设计。 2)经济性：经济性是民机获得市场认可、具有生命力的重要指标。尤其在民机设计 时，要以商业成功为重要目标。在设计过程中，我们坚持安全性和经济性的统一、市场需 求和航空盈利的统一、旅客金钱成本和时间成本的统一。 3)舒适性：舒适性是随着人们物质文化生活的提高以及当今民航客运业务发展的需 要提出的新的设计理念，它对于增加航空公司的上座率有着重要的作用。为增加飞机舒适 性，我们通过椭圆机身的设计，使旅客在飞机上拥有更大的自由空间，在相同的机票价格 下得到更舒适的享受。 10
第二章 市场分析 10 图8 预计2031年各地区交通量 2.3.设计理念 我们将所设计飞机命名为”SkyChallenger”，寓意为填补当前中短程航线宽体客机的空 缺，从提高旅客出行便捷出发，改善未来旅客出行选择方式，挑战和改变未来世界航空格 局，力争成为航空发展的重要动力和活力。 着眼于当前航空发展的趋势和未来飞机设计的要求，SkyChallenger 飞机的设计理念为 “安全性、经济性、舒适性”，具体阐释如下： 1) 安全性：对于民用飞机而言，因为没有安全性，一切都无从谈起。在设计过程中， 我们把零部件和各系统的可靠性可靠性摆在首位，抛弃可能降低安全性的一些颠覆性设计。 2) 经济性：经济性是民机获得市场认可、具有生命力的重要指标。尤其在民机设计 时，要以商业成功为重要目标。在设计过程中，我们坚持安全性和经济性的统一、市场需 求和航空盈利的统一、旅客金钱成本和时间成本的统一。 3) 舒适性：舒适性是随着人们物质文化生活的提高以及当今民航客运业务发展的需 要提出的新的设计理念，它对于增加航空公司的上座率有着重要的作用。为增加飞机舒适 性，我们通过椭圆机身的设计，使旅客在飞机上拥有更大的自由空间，在相同的机票价格 下得到更舒适的享受
第三章布局与气动设计 第三章布局与气动设计 3.1.总体布局 3.1.1.飞机布局选择 综合考虑本机设计背景、设计目标和设计理念，我们抛弃了采用鸭翼、翼身融合等较 不成熟的民机布局，最终确定设计方案的中短程宽体客机的总体布局型式为常规布局一一 水平尾翼在机翼之后。 正常式布局为最常见的飞机型式，应用十分广泛，主要是因为正常式飞机布局积累的 知识和设计经验比较丰富。其正常式布局的水平尾翼一般提供向下的负升力，为了保证飞 机的静稳定性，飞机机翼的迎角大于尾翼的迎角。优点有如型式简单、结构重量较轻等。 飞机正常飞行时，保证飞机各部分的合力通过飞机的重心，保持稳定的运动。 3.1.2.机翼选择 机翼的平面形状。我们所设计的中短程宽体客机的初始估计质量在14000kg、巡航速 度在240/s左右，所以考虑到直机翼一般应用于低速的小型飞机，我们采用后掠的机翼。 后掠翼有提高飞机的飞行速度，缩短起降距离，减弱激波强度及降低波阻等优点。 机翼与机身的相对位置。采用下单翼。从现有的飞机设计经验来看，大型旅客机以下 单翼型式居多，小型通用飞行器、军用运输机一般多采用上单翼型式。下单翼有如下优点： 结构布置容易，重量较轻：机身容积利用率较高，且中央翼盒能贯穿机身：翼吊发动机寿 命久，容易维修。 尾翼及翼型的选择在3.3、3.4、3.5的部分进行详细阐述。 3.1.3.发动机选择 发动机采用双发双转子轴流式大涵道涡轮风扇发动机，机翼下吊舱式安装于两侧机翼。 翼吊式发动机的安装方式进气口远离机身，可提供未经扰乱的气流，所需进气道非常短： 同时发动机和排气远离机身，在客舱里产生的噪声很小：便于地面维护：且发动机重量能 产生有助于减轻机翼重量的展向加载的效果。发动机的设计在7.1推进系统中详细阐述。 11
第三章 布局与气动设计 11 第三章 布局与气动设计 3.1.总体布局 3.1.1. 飞机布局选择 综合考虑本机设计背景、设计目标和设计理念，我们抛弃了采用鸭翼、翼身融合等较 不成熟的民机布局，最终确定设计方案的中短程宽体客机的总体布局型式为常规布局—— 水平尾翼在机翼之后。 正常式布局为最常见的飞机型式，应用十分广泛，主要是因为正常式飞机布局积累的 知识和设计经验比较丰富。其正常式布局的水平尾翼一般提供向下的负升力，为了保证飞 机的静稳定性，飞机机翼的迎角大于尾翼的迎角。优点有如型式简单、结构重量较轻等。 飞机正常飞行时，保证飞机各部分的合力通过飞机的重心，保持稳定的运动。 3.1.2. 机翼选择 机翼的平面形状。我们所设计的中短程宽体客机的初始估计质量在 14000kg、巡航速 度在 240m/s 左右，所以考虑到直机翼一般应用于低速的小型飞机，我们采用后掠的机翼。 后掠翼有提高飞机的飞行速度，缩短起降距离，减弱激波强度及降低波阻等优点。 机翼与机身的相对位置。采用下单翼。从现有的飞机设计经验来看，大型旅客机以下 单翼型式居多，小型通用飞行器、军用运输机一般多采用上单翼型式。下单翼有如下优点： 结构布置容易，重量较轻；机身容积利用率较高，且中央翼盒能贯穿机身；翼吊发动机寿 命久，容易维修。 尾翼及翼型的选择在 3.3、3.4、3.5 的部分进行详细阐述。 3.1.3. 发动机选择 发动机采用双发双转子轴流式大涵道涡轮风扇发动机，机翼下吊舱式安装于两侧机翼。 翼吊式发动机的安装方式进气口远离机身，可提供未经扰乱的气流，所需进气道非常短； 同时发动机和排气远离机身，在客舱里产生的噪声很小；便于地面维护；且发动机重量能 产生有助于减轻机翼重量的展向加载的效果。发动机的设计在 7.1 推进系统中详细阐述
第三章布局与气动设计 3.1.4.起落架形式选择 采用了可收回式前三点起落架，两个主起落架各有四个轮子，前起落架两个。前三点 式的布局有如下优点：适用于着陆速度较大的飞机，在着陆过程中操纵驾驶比较容易：具 有起飞着陆试滑跑的稳定性：飞行员座舱视界的要求比较容易满足；可使用较强烈的刹车， 缩短滑跑距离。起落架的设计在7.5起落架系统中进行详细阐述。 3.2.机身设计 3.2.1.机身外形 机身是装载乘客和货物的重要部分，机身的大小和形状将直接影响飞机的运载能力。 因此，一个好的机身设计需要满足的如下条件：具有足够的内部容积，保证满足内部装载 的使用要求：机身的气动阻力最小：有利于进行结构布置，具有足够的结构高度，便于连 接和安装机翼、尾翼等其他部件。 为满足以上设计，一般以圆形或者类似圆形的机身为佳，因为在内部容积一定的情况 下，圆形机身的浸湿面积最小，这样可以减小零升阻力，同时对于承受大气环境的外压最 为有利，可以减轻结构重量。但是，当内部布置不允许采用圆形截面时，也应尽量采用近 似于圆形的截面，或由圆弧拼接而成的截面。 初选机身外形几何参数时，对亚声速飞机，通常主要按照其内部装载需要以及连接安 装机翼等其他部件的要求进行机身设计，同时考虑按气动要求对机身外形进行适当的修正。 图9机身参数示意图 机身的尺寸一般用以下参数来描述，它们是：长度I、直径d,、最大横截面积S· 以及一些长细比量，包括机身长细比入=，1d,尾部长细比元。=l。/d,。当截面不是圆形 时，它的特征尺寸是最大宽度B,最大高度H,还经常按机身的最大截面积来决定等效直径 12
第三章 布局与气动设计 12 3.1.4. 起落架形式选择 采用了可收回式前三点起落架，两个主起落架各有四个轮子，前起落架两个。前三点 式的布局有如下优点：适用于着陆速度较大的飞机，在着陆过程中操纵驾驶比较容易；具 有起飞着陆试滑跑的稳定性；飞行员座舱视界的要求比较容易满足；可使用较强烈的刹车， 缩短滑跑距离。起落架的设计在 7.5 起落架系统中进行详细阐述。 3.2.机身设计 3.2.1. 机身外形 机身是装载乘客和货物的重要部分，机身的大小和形状将直接影响飞机的运载能力。 因此，一个好的机身设计需要满足的如下条件：具有足够的内部容积，保证满足内部装载 的使用要求；机身的气动阻力最小；有利于进行结构布置，具有足够的结构高度，便于连 接和安装机翼、尾翼等其他部件。 为满足以上设计，一般以圆形或者类似圆形的机身为佳，因为在内部容积一定的情况 下，圆形机身的浸湿面积最小，这样可以减小零升阻力，同时对于承受大气环境的外压最 为有利，可以减轻结构重量。但是，当内部布置不允许采用圆形截面时，也应尽量采用近 似于圆形的截面，或由圆弧拼接而成的截面。 初选机身外形几何参数时，对亚声速飞机，通常主要按照其内部装载需要以及连接安 装机翼等其他部件的要求进行机身设计，同时考虑按气动要求对机身外形进行适当的修正。 图9 机身参数示意图 机身的尺寸一般用以下参数来描述，它们是：长度 f l 、直径 f d 、最大横截面积 Mf S . 以及一些长细比量，包括机身长细比 / f f f l d ，尾部长细比 / ft ft f l d 。当截面不是圆形 时，它的特征尺寸是最大宽度 B，最大高度 H，还经常按机身的最大截面积来决定等效直径
第三章布局与气动设计 da=2Sw/π。 1)长细比确定 确定机身长细比，通常是根据所给定的飞机性能要求，按照气动阻力最小的原则进行。 同时兼顾机身内部容积、结构和重量等方面的特性。低速飞机应该选择长细比较小的机身， 而高速飞机应该选择长细比较大的机身。表3为三种速度飞机的长细比。 表3常见机身长细比 长细比 亚音速飞机 跨音速飞机 超音速飞机 f 6-9 813 10-20 Afh 1.2-2.0 1.7-2.5 46 Aft 2-3 3-4 5~7 因为我们处于概念设计阶段，头部长细比和尾部长细比暂时不去考虑，主要考虑机身 长细比虽然本机为亚音速飞机，但考虑到巡航马赫数较高，因此选择较大的一个长细比 是一个较优的选择。最后通过与其他机型进行对比，机身长细比最终确定为9.6 2)机身长度确定 由机身长度的经验公式，Ly=AWoC，A,C参数取值如表4： 表4机身长度A,C参数取值 Lt=AWToc A C 喷气教练机 0.333 0.41 喷气战斗机 0.389 0.39 军用运输机/轰炸机 0.104 0.50 喷气运输机 0.287 0.43 滑翔机（动力） 0.383 0.48 飞船 0.439 0.40 考虑到本机为喷气运输机，A=0.287,C=0.43,设计起飞重量为150000kg,代入得到 机身长度为48.26m.为了简化，我们的机身长度最后确定为48m。 3)机身当量直径以及椭圆外形的确定 根据设计要求，为了实现250座级载客量的目标，机身面积至少为202。则若为圆 13
第三章 布局与气动设计 13 2 / fd Mf d S 。 1) 长细比确定 确定机身长细比，通常是根据所给定的飞机性能要求，按照气动阻力最小的原则进行。 同时兼顾机身内部容积、结构和重量等方面的特性。低速飞机应该选择长细比较小的机身， 而高速飞机应该选择长细比较大的机身。表 3 为三种速度飞机的长细比。 表3 常见机身长细比 长细比 亚音速飞机 跨音速飞机 超音速飞机 λf 6~9 8~13 10~20 λfh 1.2~2.0 1.7~2.5 4~6 λft 2~3 3~4 5~7 因为我们处于概念设计阶段，头部长细比和尾部长细比暂时不去考虑，主要考虑机身 长细比 λf. 虽然本机为亚音速飞机，但考虑到巡航马赫数较高，因此选择较大的一个长细比 是一个较优的选择。最后通过与其他机型进行对比，机身长细比最终确定为 9.6. 2) 机身长度确定 由机身长度的经验公式， C L A W f TO ，A,C 参数取值如表 4： 表4 机身长度A,C参数取值 考虑到本机为喷气运输机，A=0.287，C=0.43，设计起飞重量为 150000kg，代入得到 机身长度为 48.26m. 为了简化，我们的机身长度最后确定为 48m。 3) 机身当量直径以及椭圆外形的确定 根据设计要求，为了实现 250 座级载客量的目标，机身面积至少为 20m2。则若为圆