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飛馬總體設計(基于ADS飛機設計軟件)

2023-06-26 23:37 作者:王大腿開飛機  | 我要投稿

飛馬的總體設計流程基于Snorri Gudmundsson的著作

General Aviation Aircraft Design: Applied Methods and Procedures

1000多頁的教材,已經(jīng)被我翻爛了

這本書是一本非常系統(tǒng)性的教程,基本可以幫助有一定理工科基礎(chǔ)的同學完成一架小型航空器項目。讀者可以按部就班的完成一個個設計流程,最終實現(xiàn)一架小飛機。

當然,如果全部在紙上進行設計驗算的話,迭代的效率太低了。于是乎我找到了另一個非常好用,有用的工具:OAD-ADS Aircraft Design Software.

這個軟件工具是一家比利時的一個小公司作品,我17年的時候拜訪過這家公司,位于比利時的Namur小鎮(zhèn),當時面基了這個公司的唯一員工兼老板,Didier Breyne. 當時在火車站前的星巴克完成了交易。花了我170歐元啊哈哈。

當時還是窮學生,為了買軟件省VAT,當面交易。

好啦,廢話不說,我們來看看飛馬的總體設計。

首先呢,咱們來定位飛馬這架飛機的級別和參考機型。

我的參考機型有P2006T,P68,DA42,Do28TNT,TBM900系,本田公務機。

P2006T
P68
DA42
Do28TNT,我最喜歡的雙發(fā)螺旋槳機型,全球唯一一架的孤品,真正的限定版
TBM900系,人機工效一流,飛馬的機身/座艙設計參考對象
本田小飛機,這么優(yōu)秀的機頭我當然要拿來用!

首先呢,飛馬(MTOW1750KG)介于P2006t(MTOW1500KG,2x100HP)和P68(2000KG,2X200HP)之間。不過這兩個參考對象使用的還是傳統(tǒng)全金屬半硬殼式結(jié)構(gòu),并且使用的翼型(NACA系)和氣動外形非常Old School。使用更新翼型的飛馬(NASA蘭利實驗室GW系翼型)和CFD優(yōu)化加持的全流線型氣動外形,使飛馬可以在略重于P2006T(MTOW1500KG)的情況下,實現(xiàn)P68的性能。飛馬使用的兩臺航瑞云雀引擎的燃料是柴油或航空煤油,運行成本也遠低于P68使用的航空汽油。

飛馬的大翼參考對象是來自德國的Do28TNT,這是一架設計于70年代末的飛機,并且后繼者是著名的Do228雙發(fā)渦槳多用途飛機。Do28最大的賣點在于這貨是世界上第一架使用整體鋁合金數(shù)控加工的薄壁翼盒結(jié)構(gòu),且翼型使用了Do-A-5這種超臨界翼,大翼整體則是被稱為舒曼翼(Shumann Wing Platform)的設計。

有一些空氣動力學基礎(chǔ)的同學都知道,英國的噴火之所以經(jīng)典,原因是其使用了橢圓翼的設計,實現(xiàn)了非常高效的升力分布。如果我們把橢圓翼切一半,則變成了半橢圓;而進一步降低制造難度,用幾節(jié)梯形翼拼接成一個近似半橢圓的翼型呢,則被成為舒曼翼。

經(jīng)典的噴火,橢圓翼好是好,就是太難生產(chǎn)了。
關(guān)于舒曼翼的特點,還有升力系數(shù)特性
Do28TNT的簡介和參數(shù),拍攝于道尼爾博物館
Do28TNT典型的舒曼翼特征

可以說這個飛機最貴最精華的零件就是這副機翼了。目前呢這家飛機永久的停在德國腓特烈港的道尼爾博物館里,作為原型機來說是非常好的歸宿了。

Do28TNT最后的歸宿是24小時睡在博物館

大概初始的思路就是這樣,我們插入電子狗U盤,打開ADS。

我是用的還是17年的早期版本,版本號是3.27?,F(xiàn)在最新的版本已經(jīng)是4.53了,功能更多啦。

使用的是設計模塊(Design)

打開第二個,設計模塊,確定飛機級別和布局還有執(zhí)行的適航標準。

傳統(tǒng)布局,前三點可收放起落架
選擇相對于的適航標準還有建造材料,為了方便布置有效載荷空間,我這里選擇標準4坐(2+2)布局作為起始輸入
輸入翼展/弦長比,大翼與機身縱向比例,機翼扭轉(zhuǎn)角,后掠角,翼型等參數(shù)
輸入副翼等數(shù)據(jù),我這里用的是Do28的數(shù)據(jù)作為參考
輸入水平尾翼參數(shù),我這里參考的是P2006t和P68全動安定面設計
輸入垂尾的參數(shù)
輸入機身的參數(shù),我的機身寬度達到1.4M,高度1.7M,這里參考的是TBM900系的機艙數(shù)據(jù)
強行插入一下TBM的座艙圖,這是我認為在這個級別小飛機里座艙,內(nèi)飾做的最最最好的飛機!這么好的東西當然直接拿來用咯!
為了考慮第一排飛行員座椅可以后移方便進入駕駛位,我把座位間距設置到了1.63M。飛馬原型機的機艙為非增壓,但是保留未來可升級為增壓座艙的潛力
設置起落架和轱轆的參數(shù)
設置引擎,我提前將航瑞云雀發(fā)動機性能參數(shù)設置到了ADS的引擎庫里,這里直接調(diào)用
這里設置螺旋槳參數(shù),使用電動調(diào)節(jié)恒速螺旋槳,最大兼容的螺旋槳為1.87m直徑
這里設置油箱的位置,飛馬的大翼(主)和機腹(輔助)都有油箱,目的是一次吃飽跑2000km+
然后軟件問你要飛得快,飛得遠,還是飛的久?我選飛的快
設置各種工況條件,我這里是襟翼全開失速極限95KM/H,巡航高度1萬英尺,目標航程1000KM,起降機場跑道為瀝青,起降襟翼設置等
設置乘客的體重還有隨身行李的重量
這里調(diào)整每個部件的重心距離
這里設置飛機表面的摩擦系數(shù),這里參考普通輕型飛機慣用參數(shù)
這里開始設置計算項目,飛機重心位置(MAC),以及迭代微調(diào)的參數(shù)(重心修正系數(shù)等)

設置完成后點擊Compute計算開始,大概半小時后出結(jié)果,ADS直接生成一份設計報告和飛機的簡易3D模型。目前你看到的飛馬在王子設計局內(nèi)部代號是產(chǎn)品07第二型(WDB Product-07 Pegasus MK2)。在ADS中大概迭代了大幾十次。不過這個軟件是真好玩啊哈哈,反正設計結(jié)果不滿意就不停的修改參數(shù),慢慢打磨到完美。

為了獲得極佳的失速或者低速操控性能,根據(jù)ADS的計算,飛馬的翼載需要降至80KG/M^2,而翼面積來到了夸張的21.8M^2。

飛馬(P.MK2)與參考機型部分參數(shù)的對比
ADS計算后生成的簡易模型Front

ADS計算后生成的簡易模型Right

ADS計算后生成的簡易模型Top
直接生成的設計報告(部分參數(shù))

當然,這些結(jié)果不一定精確,但是確實給予我一個相對準確的方向,那么有了這個方向之后呢,我們參考其中的一些數(shù)據(jù)開始較為精細的三維建模,以便用于CFD求得相對精確的飛機性能數(shù)據(jù)。

今天先寫到這里,我們下期介紹一下Solidworks的高級建模在飛馬上的應用吧!

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