航旅随记

文忠_Z^3

气动布局设计需要考虑的场域适应性需求

气动布局是什么？是飞机外形，机翼形式，形状，参数，位置，尾翼形式，形状，参数，机身外形，长短粗细，………确定这些参数不仅和飞行等需求相关，场域适应性的考虑也很重要，场域适应性的需求对布局选择往往也产生很大影响。

一、场域适应性传统需求

起飞滑跑距离

着陆滑跑距离

具备某某机场使用能力

似乎仅此而已

当然这些需求要考虑机场温度，机场高度等的影响。

二、需要考虑的场域适应需求的要素其实复杂，很多构成了重要设计约束，下面简单的一一列举：

1.最简单的就提起降滑跑距离的需求。

2.再细致的考虑起降适应能力，涉及不同的起降规则，有些起降规则直接影响飞机的气动布局

常规起飞滑跑距离

常规着陆滑跑距离

平衡场长

落地距离（刹车，反推，着陆伞）

最大能力（性能）起飞

最大能力（性能）着陆

包括起飞后爬升能力，如考虑：

正常起飞航迹

战术起飞航迹

正常进场航迹

战术进场航迹

………

这是涉及跑道长度，起飞爬升能力的要素，可能影响翼载荷，襟翼构型，擦尾角，总体配平特点等总体布局特性

为了短距离使用，有些飞机对着陆精度提出来要求，为了适应精度要求，有的飞机会有直接力模式，靠减速板破升，襟翼收回、空中放伞减速破升等措施按照精度要求把飞机从空中直接摁在地面上。

3.地面转弯能力

可能要求跑道掉头区掉头，跑道任意位置掉头能力，STAR掉头，以及适应不同级别跑道场坪的转弯滑出滑入能力

这个会影响前主轮距，倾覆角，主轮距，前轮转弯角度，主轮是否随动，起落架高度以及是否需要倒车能力……，对气动布局实际影响很大。

4.滑行能力

主要是低等级跑道或滑行道的滑行，和转弯能力紧密相关，主要受主轮距的限制，当然和使用规则相关，随着视频监控和地面避撞技术的发展，也许规则会放松。此外，翼展，发动机布局也要考虑这个因素，飞机在滑行时也要距离各种障碍保持一定的距离，滑行道距离跑道之间，和障碍物之间，飞机和飞机间，发动机距离跑道两侧的未铺砌区域是否适合都需要考虑。

5.停机坪位库窝适应能力。在民航飞机有明确的和停机相匹配的翼展标准，如适应C，D，E类停机位。在设计飞机翼展或相关的尺寸时。可以按照符合，堪用（应急使用）等等进行相应的考虑，否则可能面临不能停，停放效率低能问题，安排你去停远机位，或者导致机库需要专门修，机窝需要专门建等等。飞机设计时，有的厂家会选择控制翼展，折叠机翼，有的用翼梢小翼来保气动效率（C-17），有的会想法去和适航当局甚至具体的机场去做游说（747-8就是这样，但不是很成功）。飞机具有倒车能力（如能反推，反桨），可能更能充分的适用机坪，实现更高的MOG等机坪使用效率，如果能够反向向上吹气，可能更能够适应未铺砌场坪，更能适应机坪附近有建筑物，保障车辆的使用场景，不至于周围的东西影响你使用。

6.未铺砌道面和道面强度的要求，主要主要和发动机布置以及起落架布局相关。发动机进气道位置应该抬高，避免FOD，轮胎更大更多，甚至起落架更多。相应的起落架鼓包整流会有相应的考虑。空客320有针对特定的环境主起落架采用双排轮的。相同重量的飞机，比如伊尔-76和波音767相比，机轮要多的多，起落架系统更复杂。

7.货物人员登装机离机的要求。能空投的飞机尾巴必须翘起来，特定的要求还要开跳伞通道。波音747研制时客货机统筹考虑，采用了大额头的机头形式，驾驶舱放在了上层。重型运输机不同的装卸货要求，对机头机尾形状产生很大的影响。人员的登离机特别是紧急情况下的撤离能力也影响飞机的布局。比如地面逃生通道设计是制约飞翼类运输机发展的一个大因素。

8.飞机地面保障的相关要求。飞机是自主登机，还是地面保障，飞机的机身和舱门高度必须考虑，赫鲁晓夫坐图-114到美国访问没有相应的登机梯是不是很尴尬。加油，充电，清水废水等接口要考虑在一定的情况下够的着，除冰车能不能够得着平尾的上表面等等。

9.驾驶舱的视界考虑，主要影响机头外形，风挡窗户的形状以及飞机进场的飞机姿态角设计（和气动设计紧密相关）。在滑行转弯中飞行员能够观察跑道边缘。进场时，飞机姿态和视界要求必须能充分的观察跑道，建立准确目视参考。具备大角度进近能力的飞机正向上下视界考虑是否充分是个重点，适应窄跑道的飞机侧视界向下角度比较大。另外就是选择合适的增升构型设计以及进场速度，而这些又跟飞机的复飞爬升梯度能力紧密相关。

10.侧风要求对气动布局的影响，方向舵副翼必须保证足够的容量，在剩余三分之一裕度的情况下能够适应侧风极限，有的飞机采用特殊提高抗风能力的措施，比如B2的起落架舱门。同时还要考虑在大侧风进场时，翼尖，发动机短舱，平尾和机尾等部位会不会与地面发生剐蹭，从而影响这些部位参数的选择，A380大侧风时发生过蹭外侧发动机短舱，可能就是这方面考虑有些欠缺。当然，有些飞机为了对抗侧风是放大招的。比如B-52和C-5，把起落架做成可以调整方向，在大侧风着陆时，飞机可以顶着风交叉落地，起落架方向却保证对准跑道方向。

上面讨论的需求层次不是很强，有些相互关联，后续有机会再理一理。主要想表明的是，在考虑气动布局时，需要研究的机场适应性问题有很多，这些问题只有经过仔细的评估，并放在飞机总体设计中去权衡，飞机才可能好使！

配置增升装置是对场域适应性的基本尊重。当然有的飞机靠大翅膀，双翼机，高推重比来表达尊重

短距起降飞机DHC-7独特的上单翼上反角气动布局特点。猜可能是短距小速度离陆，不得不配一个大垂尾来平衡万一发动机停车的不平衡力矩。大垂尾产生过好的航向安定性，为保证荷兰滚特性，又不得不用增加上反角增加横向安定性来匹配。

波音747从设计之初就考虑了这么用

波音777X的折叠式机翼，为了把自己留在E类飞机

采用四发大涵道比发动机的A380在大侧风情况下，外侧发动机剐蹭地面风险明显大

欧洲A400M运输机的风挡大窗户。这个大窗户可不是为了作为逃生通道加大的

F-35的大擦尾角设计为最大性能起降提供了更大潜力

C-17采用翼梢小翼控制翼展，把自己留在了D类飞机俱乐部。这可是270多吨的D类飞机啊

伊尔-76的起落架系统（20个机轮）

波音767重量和伊尔-76差不了多少，其起落架系统才10个机轮

C-17的反推代表了喷气机反推的最高能力，反推的方向很讲究，同时，还是内外涵都反推

这应该是专门为TU-114量身定做的登机梯吧

为了保证货物的装载离机，机身后体必须足够宽，足够翘。机头鼻门打开也必须保证足够的通畅性。付出气动代价是难免的

波音767飞机的地面转弯能力。这取决于主轮距，前主轮距，前轮转弯角度等等要素

大家一定注意低着头不一定是阿富汗降落法。这种阶段驾驶舱的视界其实很重要，一定要分析。

C-17起飞前除冰作业。军运的T尾布局对机场的除冰保障能力是一个挑战。安东诺夫的飞机不太喜欢用T尾，可能也是这个考虑

B-52的这个技巧，好像只有C-5学了去，不知这么说洛克希德服不服气