[发明专利]双曲风挡机头一体化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机机头设计方法，特别地，涉及一种双曲风挡机头一体化设计方法，通过该方法能够设计出具有很好气动特性的流线型机头。

背景技术

对于民用飞机机头设计而言，需要满足很多的固有约束要求，如驾驶舱的外部视野、驾驶员活动空间等人机工效要求；驾驶舱设备布置、前起落架收放、雷达安装要求；结构框、地板、壁板、内饰等结构件布置空间要求等。在满足以上约束的前提下，机头设计又要追求最优的气动特性。

对于飞机机头，驾驶舱风挡上主曲面对整个机头的流动品质有着至关重要的影响。该处处于驾驶员头部以上，驾驶舱部内顶部板安装及结构高度约束使该处曲面较突，曲率较大，气流加速急剧，很容易出现超音速区，甚至出现激波。大大增加了全机阻力，同时增加机头部位产生的气动噪声。

传统型机头(见图1)多采用平面风挡a，如现役的空客、波音飞机。其优点是折射和视觉变形影响最小、平面风挡成本低，缺点是风挡处流动特性较差，并且由于机头上主曲面b的曲面突、曲率大以及平面(风挡)到曲面之间的过渡曲面质量差，从而使得经过此处的气流加速较快，容易产生超音速区，且机头的鼻部c处会产生两个驻点，气动阻力大。另外，由于机头曲面的不连续，曲面过度比较困难，制造工艺也比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种双曲风挡机头一体化设计方法，通过本方法设计的双曲风挡流线型机头气动特性优良且易于加工制造。

为此，根据本发明的一个方面，提供一种双曲风挡机头一体化设计方法，包括如下步骤：

1.0、根据机头设计约束，提取Catia成形参数；

2.0、建立机头参数化曲面模型，曲面生成顺序如下：

2.1、生成机头一侧的包括风挡区域的上主曲面ABDF；

2.2、生成机头一侧的下主曲面DGHE；

2.3、生成机头一侧的下后曲面EHIF；

2.4、生成机头一侧的鼻部曲面BCD、CGD；

2.5、生成机头另一侧的各个曲面，所述另一侧的各个曲面分别与根据步骤2.1至2.4生成的机头一侧的各个曲面对称。

在本发明的该方面，由于包括风挡的上主曲面为一体化成形，因而很好地改善了机头风挡上主曲面处的流动品质，消除了巡航状态超音速区，在使用范围内压力分布均匀，压力梯度小。从而，该方法很大层度上改善了机头上的流动品质，降低了机头阻力以及气动噪声。

优选地，在步骤1.0中，Catia成形参数包括：眼位、机头前点、机头等直段轮廓线、最大宽度线、上零纵线、下零纵线、头部空间控制点、上视界线、下视界线、眼位-风挡距离控制点、风挡竖直后掠线、机头第一结构框站位平面。

优选地，上述步骤2.1包括：将机头第一框站位平面与上零纵线相交得到交点B，将飞机第一框站位平面与最大宽度线相交得到交点D，将机头等直段轮廓线与上零纵线相交得到A点，将机头等直段轮廓线与最大宽度线相交得到F点，通过二次扫掠曲面生成上主曲面ABDF，前端剖面线BD参数为0.38～sqrt2-1，后端剖面线AF参数由机头与机身对接剖面外形确定，剖面线参数取为sqrt2-1，二次扫掠上主曲面ABDF由前向后法则曲线采用S型或直线型。

通过二次扫掠曲面生成的上主曲面更好地保证了机头上的流动品质，降低了机头阻力以及气动噪声

优选地，在步骤2.1之后还包括利用相交线法对通过二次扫掠曲面生成的上主曲面ABDF进行优化的步骤。

优选地，上述相交线法包括如下步骤：以经过点B的飞机轴向水平线为转轴，将与飞机对称面成角度的多个平面分别与机头相交生成多个相交线，然后将所述多个相交线分别旋转至所述飞机对称面，如果所述多个相交线在旋转后基本趋同，则转到步骤2.2；否则重新回到步骤2.1，调整前端剖面线BD参数再生成上主曲面ABDF。

通过与飞机对称面成各个角度的平面与机头相交，然后将相交线旋转至对称面，使各相交线之间尽可能相近，从而可以保证机头上半曲面气流流动品质。该方法能够很好地改善机头部位气流加速特性，减小气流的周向流动，改善机头上的流场品质，消除巡航状态超音速区，避免产生气流分离而增加阻力，降低机头阻力以及气动噪声。

进一步优选地，所述多个平面中每相邻两个平面之间的夹角都是相同的。

再进一步优选地，所述夹角可以是10°、15°或20°。