雙通道民用飛機機身典型剖面設計研究

吳洋　張振偉

【摘 要】實現民用飛機客艙典型剖面的最優化設計，是提高飛機總體設計指標的重要前提。本文通過對比分析空客波音雙通道民用飛機機身典型剖面設計參數，對雙通道民用飛機機身典型剖面設計進行了初步研究，以期為雙通道民用飛機機身典型剖面設計提供依據。

【關鍵詞】典型剖面；民用飛機；雙通道

【Abstract】For civil aircraft， the optimal fuselage cross section is the base precondition to achieve a good genera design performance. According to analyzing and comparing the Boeing&Airbus dual-channel civil aircraft fuselage cross section design parameters，the profile of a typical dual-channel civil fuselage cross section design were studied， which will provide the basis for dual-channel civil aircraft fuselage cross section design.

【Key words】Cross section； Civil aircraft； Dual-Channel

0 引言

對于民用飛機，客艙典型剖面的設計，事實上反映了客艙的舒適水平和貨艙的裝載能力以及為了滿足這種舒適性水平和裝載能力而需要付出的飛機重量和氣動阻力等代價之間的一種權衡，客艙典型剖面選擇的優劣，對飛機的經濟性和舒適性也極為重要。[1]

1 剖面形狀設計研究

對于增壓客艙飛機，大部分機身剖面設計成圓形，主要源于以下兩個原因：

1）從氣動效率考慮：消除尖角，飛機在正常的迎角和側滑角時不致出現氣流過早分離；

2）從結構承載考慮：圓形剖面結構承載效率最高，當機身內部增壓時，圓形機身以環形張力來平衡內部壓力載荷，而任何非圓形剖面都將承受彎曲應力。

然而，從空間有效利用率來分析，對于剖面直徑不是特別大的飛機，圓形剖面將造成客艙空間的浪費。因此，為滿足一些飛機對旅客座椅和集裝箱布置需求，常采用雙圓或多圓剖面形式。多圓剖面由多段圓弧和與其相協調的光滑過渡曲線組成，可根據客艙布置需要，靈活改變圓弧半徑和圓心位置，實現客艙空間的充分利用。[2]

2 空客波音雙通道飛機剖面設計

3 各剖面設計參數分析

一般來說，座椅扶手處是座椅最寬處，而扶手距地板高度一般為625mm （25in），因此客艙地板距離上圓圓心（此處剖面最寬）的最佳距離約在600mm左右（因為座椅最寬處有一定高度），此時，剖面空間利用率最高，靠窗戶的乘客乘坐最舒適。但是受到剖面高度和貨艙裝載標準集裝箱的限制，客艙地板的位置需要綜合權衡。

地板以下需要布置客艙地板結構空間 （對于6000mm左右的雙通道飛機，此值大概為200mm）、標準集裝箱裝載空間（A330/340、B787、B777典型剖面均裝載2個LD3）、以及貨艙地板結構空間。

對于標準集裝箱裝載空間，LD3集裝箱標準尺寸79in×64in ×61.5in。

考慮到集裝箱與集裝箱以及集裝箱與側壁至少2in的間隙要求，貨艙寬度至少164in。集裝箱與頂部天花板至少3in的防火以及裝載要求，以及與貨艙地板至少2in的滾柱裝載要求，貨艙高度至少69in。集裝箱底面寬度61.5in，考慮到兩集裝箱間2in的間隙要求，貨艙地板寬度最少125in。如圖2所示。

對于貨艙地板結構空間，從圖1和表1可以得知，A330/340、B787、B777依次變大，而A330/340、B787、B777的當量直徑也是依次變大，因此從結構承載效率來講，這種貨艙地板結構空間隨當量直徑增大的設計對結構設計減重是有利的。另一方面，對于裝載標準集裝箱，其貨艙地板以上2in（集裝箱滾柱厚度） 高度處的有效寬度必須大于3715mm（125in）。此寬度的要求也限制了地板結構空間的大小。

由于地板以下空間的限制，以及剖面總高的限制，使得地板與上圓圓心距離A330/340、B787、B777依次增大，在此基礎上為滿足座椅布置與側壁板的干涉問題，A330/340內飾與座椅的距離只能增大。

而B787三圓的成型方式，把剖面高度有效增加，巧妙的解決了上述問題。經過反推，若B787采用正圓方式，預達到目前的綜合配置，其剖面直徑最少增加101.6mm（4in）。而剖面直徑的增加勢必會帶來重量、氣動阻力的增加以及設計復雜度的增加。

因此，B787采用三圓成型而非正圓，其更為為更強調的是內部裝載效率和結構承載能力的綜合考慮。

4 結論

典型剖面數據是民用飛機設計的最初始輸入，雙通道民用飛機機身典型剖面由于其自身設計的復雜性，勢必是一項涉及專業廣、設計參數多的系統設計工程，其設計的優劣對整機的綜合性能以及整個工程的進度影響都很大，因此設計之初必須積累和掌握大量的參考數據，并在充分考慮其可能影響的專業的基礎上，進行詳細迭代設計，實現設計的最優化。

【參考文獻】

[1]劉積倉，主編.飛機設計手冊第七冊民機構型初步設計與推進系統一體化設計[M].1版.北京航空工業出版社出版發行.

[2]L.R.詹金森P.辛普金D.羅茲.民用噴氣飛機設計[M].中國航空研究院.

[責任編輯：張濤]

【摘 要】實現民用飛機客艙典型剖面的最優化設計，是提高飛機總體設計指標的重要前提。本文通過對比分析空客波音雙通道民用飛機機身典型剖面設計參數，對雙通道民用飛機機身典型剖面設計進行了初步研究，以期為雙通道民用飛機機身典型剖面設計提供依據。

【關鍵詞】典型剖面；民用飛機；雙通道

【Abstract】For civil aircraft， the optimal fuselage cross section is the base precondition to achieve a good genera design performance. According to analyzing and comparing the Boeing&Airbus dual-channel civil aircraft fuselage cross section design parameters，the profile of a typical dual-channel civil fuselage cross section design were studied， which will provide the basis for dual-channel civil aircraft fuselage cross section design.

【Key words】Cross section； Civil aircraft； Dual-Channel

0 引言

對于民用飛機，客艙典型剖面的設計，事實上反映了客艙的舒適水平和貨艙的裝載能力以及為了滿足這種舒適性水平和裝載能力而需要付出的飛機重量和氣動阻力等代價之間的一種權衡，客艙典型剖面選擇的優劣，對飛機的經濟性和舒適性也極為重要。[1]

1 剖面形狀設計研究

對于增壓客艙飛機，大部分機身剖面設計成圓形，主要源于以下兩個原因：

1）從氣動效率考慮：消除尖角，飛機在正常的迎角和側滑角時不致出現氣流過早分離；

2）從結構承載考慮：圓形剖面結構承載效率最高，當機身內部增壓時，圓形機身以環形張力來平衡內部壓力載荷，而任何非圓形剖面都將承受彎曲應力。

然而，從空間有效利用率來分析，對于剖面直徑不是特別大的飛機，圓形剖面將造成客艙空間的浪費。因此，為滿足一些飛機對旅客座椅和集裝箱布置需求，常采用雙圓或多圓剖面形式。多圓剖面由多段圓弧和與其相協調的光滑過渡曲線組成，可根據客艙布置需要，靈活改變圓弧半徑和圓心位置，實現客艙空間的充分利用。[2]

2 空客波音雙通道飛機剖面設計

3 各剖面設計參數分析

一般來說，座椅扶手處是座椅最寬處，而扶手距地板高度一般為625mm （25in），因此客艙地板距離上圓圓心（此處剖面最寬）的最佳距離約在600mm左右（因為座椅最寬處有一定高度），此時，剖面空間利用率最高，靠窗戶的乘客乘坐最舒適。但是受到剖面高度和貨艙裝載標準集裝箱的限制，客艙地板的位置需要綜合權衡。

地板以下需要布置客艙地板結構空間 （對于6000mm左右的雙通道飛機，此值大概為200mm）、標準集裝箱裝載空間（A330/340、B787、B777典型剖面均裝載2個LD3）、以及貨艙地板結構空間。

對于標準集裝箱裝載空間，LD3集裝箱標準尺寸79in×64in ×61.5in。

考慮到集裝箱與集裝箱以及集裝箱與側壁至少2in的間隙要求，貨艙寬度至少164in。集裝箱與頂部天花板至少3in的防火以及裝載要求，以及與貨艙地板至少2in的滾柱裝載要求，貨艙高度至少69in。集裝箱底面寬度61.5in，考慮到兩集裝箱間2in的間隙要求，貨艙地板寬度最少125in。如圖2所示。

對于貨艙地板結構空間，從圖1和表1可以得知，A330/340、B787、B777依次變大，而A330/340、B787、B777的當量直徑也是依次變大，因此從結構承載效率來講，這種貨艙地板結構空間隨當量直徑增大的設計對結構設計減重是有利的。另一方面，對于裝載標準集裝箱，其貨艙地板以上2in（集裝箱滾柱厚度） 高度處的有效寬度必須大于3715mm（125in）。此寬度的要求也限制了地板結構空間的大小。

由于地板以下空間的限制，以及剖面總高的限制，使得地板與上圓圓心距離A330/340、B787、B777依次增大，在此基礎上為滿足座椅布置與側壁板的干涉問題，A330/340內飾與座椅的距離只能增大。

而B787三圓的成型方式，把剖面高度有效增加，巧妙的解決了上述問題。經過反推，若B787采用正圓方式，預達到目前的綜合配置，其剖面直徑最少增加101.6mm（4in）。而剖面直徑的增加勢必會帶來重量、氣動阻力的增加以及設計復雜度的增加。

因此，B787采用三圓成型而非正圓，其更為為更強調的是內部裝載效率和結構承載能力的綜合考慮。

4 結論

典型剖面數據是民用飛機設計的最初始輸入，雙通道民用飛機機身典型剖面由于其自身設計的復雜性，勢必是一項涉及專業廣、設計參數多的系統設計工程，其設計的優劣對整機的綜合性能以及整個工程的進度影響都很大，因此設計之初必須積累和掌握大量的參考數據，并在充分考慮其可能影響的專業的基礎上，進行詳細迭代設計，實現設計的最優化。

【參考文獻】

[1]劉積倉，主編.飛機設計手冊第七冊民機構型初步設計與推進系統一體化設計[M].1版.北京航空工業出版社出版發行.

[2]L.R.詹金森P.辛普金D.羅茲.民用噴氣飛機設計[M].中國航空研究院.

[責任編輯：張濤]

【摘 要】實現民用飛機客艙典型剖面的最優化設計，是提高飛機總體設計指標的重要前提。本文通過對比分析空客波音雙通道民用飛機機身典型剖面設計參數，對雙通道民用飛機機身典型剖面設計進行了初步研究，以期為雙通道民用飛機機身典型剖面設計提供依據。

【關鍵詞】典型剖面；民用飛機；雙通道

【Abstract】For civil aircraft， the optimal fuselage cross section is the base precondition to achieve a good genera design performance. According to analyzing and comparing the Boeing&Airbus dual-channel civil aircraft fuselage cross section design parameters，the profile of a typical dual-channel civil fuselage cross section design were studied， which will provide the basis for dual-channel civil aircraft fuselage cross section design.

【Key words】Cross section； Civil aircraft； Dual-Channel

0 引言

對于民用飛機，客艙典型剖面的設計，事實上反映了客艙的舒適水平和貨艙的裝載能力以及為了滿足這種舒適性水平和裝載能力而需要付出的飛機重量和氣動阻力等代價之間的一種權衡，客艙典型剖面選擇的優劣，對飛機的經濟性和舒適性也極為重要。[1]

1 剖面形狀設計研究

對于增壓客艙飛機，大部分機身剖面設計成圓形，主要源于以下兩個原因：

1）從氣動效率考慮：消除尖角，飛機在正常的迎角和側滑角時不致出現氣流過早分離；

2）從結構承載考慮：圓形剖面結構承載效率最高，當機身內部增壓時，圓形機身以環形張力來平衡內部壓力載荷，而任何非圓形剖面都將承受彎曲應力。

然而，從空間有效利用率來分析，對于剖面直徑不是特別大的飛機，圓形剖面將造成客艙空間的浪費。因此，為滿足一些飛機對旅客座椅和集裝箱布置需求，常采用雙圓或多圓剖面形式。多圓剖面由多段圓弧和與其相協調的光滑過渡曲線組成，可根據客艙布置需要，靈活改變圓弧半徑和圓心位置，實現客艙空間的充分利用。[2]

2 空客波音雙通道飛機剖面設計

3 各剖面設計參數分析

一般來說，座椅扶手處是座椅最寬處，而扶手距地板高度一般為625mm （25in），因此客艙地板距離上圓圓心（此處剖面最寬）的最佳距離約在600mm左右（因為座椅最寬處有一定高度），此時，剖面空間利用率最高，靠窗戶的乘客乘坐最舒適。但是受到剖面高度和貨艙裝載標準集裝箱的限制，客艙地板的位置需要綜合權衡。

地板以下需要布置客艙地板結構空間 （對于6000mm左右的雙通道飛機，此值大概為200mm）、標準集裝箱裝載空間（A330/340、B787、B777典型剖面均裝載2個LD3）、以及貨艙地板結構空間。

對于標準集裝箱裝載空間，LD3集裝箱標準尺寸79in×64in ×61.5in。

考慮到集裝箱與集裝箱以及集裝箱與側壁至少2in的間隙要求，貨艙寬度至少164in。集裝箱與頂部天花板至少3in的防火以及裝載要求，以及與貨艙地板至少2in的滾柱裝載要求，貨艙高度至少69in。集裝箱底面寬度61.5in，考慮到兩集裝箱間2in的間隙要求，貨艙地板寬度最少125in。如圖2所示。

對于貨艙地板結構空間，從圖1和表1可以得知，A330/340、B787、B777依次變大，而A330/340、B787、B777的當量直徑也是依次變大，因此從結構承載效率來講，這種貨艙地板結構空間隨當量直徑增大的設計對結構設計減重是有利的。另一方面，對于裝載標準集裝箱，其貨艙地板以上2in（集裝箱滾柱厚度） 高度處的有效寬度必須大于3715mm（125in）。此寬度的要求也限制了地板結構空間的大小。

由于地板以下空間的限制，以及剖面總高的限制，使得地板與上圓圓心距離A330/340、B787、B777依次增大，在此基礎上為滿足座椅布置與側壁板的干涉問題，A330/340內飾與座椅的距離只能增大。

而B787三圓的成型方式，把剖面高度有效增加，巧妙的解決了上述問題。經過反推，若B787采用正圓方式，預達到目前的綜合配置，其剖面直徑最少增加101.6mm（4in）。而剖面直徑的增加勢必會帶來重量、氣動阻力的增加以及設計復雜度的增加。

因此，B787采用三圓成型而非正圓，其更為為更強調的是內部裝載效率和結構承載能力的綜合考慮。

4 結論

典型剖面數據是民用飛機設計的最初始輸入，雙通道民用飛機機身典型剖面由于其自身設計的復雜性，勢必是一項涉及專業廣、設計參數多的系統設計工程，其設計的優劣對整機的綜合性能以及整個工程的進度影響都很大，因此設計之初必須積累和掌握大量的參考數據，并在充分考慮其可能影響的專業的基礎上，進行詳細迭代設計，實現設計的最優化。

【參考文獻】

[1]劉積倉，主編.飛機設計手冊第七冊民機構型初步設計與推進系統一體化設計[M].1版.北京航空工業出版社出版發行.

[2]L.R.詹金森P.辛普金D.羅茲.民用噴氣飛機設計[M].中國航空研究院.

[責任編輯：張濤]