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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所示。
图1飞机设计的一般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(ConcepturalDesign);
(2)初步设计(PreliminaryDesign);
(3)详细设计(DetailDesign)。
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,这阶段工作称为“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,并草拟一个或几个舱满足设计要求的初步设计方案。主要内容包括:初步选定飞机的构型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。为了缩短设计概念性设计周期可以用计算机进行辅助设计,采用已有得程序系统选择参数、估算性能和修改外形布局。在这个阶段中通常可以选择几个方案进行对比,经过足够的论证后,从中选出具有足够先进性和实际可行的最理想的初步方案,作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。
初步设计阶段得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风洞试验,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。
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,至此,完成整个设计过程,下一步是转入批量生产。
图2飞机设计工作框图如前所述,飞机设计是一个非常复杂的过程,从开始设计到最后提交产品,之间的周期相当之久,需要投入大量的人力、物力、财力。近年国内的民用航空蓬勃发展起来,从无人机到大型的商用客机,比较典型的例子有深圳的大疆科技,以及中航工业的C大型客机。C全称COMACC,是中国首款按照最新国际适航标准,具有自主知识产权的干线民用飞机,于年开始研制,年5月5日成功首飞,截至年2月26日累计获28家客户架订单。年2月6日,中国商用飞机有限责任公司宣布年交付首架C单通道客机。C是China的首字母,也是中国商飞英文缩写COMAC的首字母,第一个“9”的寓意是天长地久,“19”代表的是中国首型中型客机最大载客量为座。在此也期待未来祖国的航空事业能够有更进一步的发展!