双通道民用飞机机身典型剖面设计研究

吴洋　张振伟

【摘 要】实现民用飞机客舱典型剖面的最优化设计，是提高飞机总体设计指标的重要前提。本文通过对比分析空客波音双通道民用飞机机身典型剖面设计参数，对双通道民用飞机机身典型剖面设计进行了初步研究，以期为双通道民用飞机机身典型剖面设计提供依据。

【关键词】典型剖面；民用飞机；双通道

【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

对于民用飞机，客舱典型剖面的设计，事实上反映了客舱的舒适水平和货舱的装载能力以及为了满足这种舒适性水平和装载能力而需要付出的飞机重量和气动阻力等代价之间的一种权衡，客舱典型剖面选择的优劣，对飞机的经济性和舒适性也极为重要。[1]

1 剖面形状设计研究

对于增压客舱飞机，大部分机身剖面设计成圆形，主要源于以下两个原因：

1）从气动效率考虑：消除尖角，飞机在正常的迎角和侧滑角时不致出现气流过早分离；

2）从结构承载考虑：圆形剖面结构承载效率最高，当机身内部增压时，圆形机身以环形张力来平衡内部压力载荷，而任何非圆形剖面都将承受弯曲应力。

然而，从空间有效利用率来分析，对于剖面直径不是特别大的飞机，圆形剖面将造成客舱空间的浪费。因此，为满足一些飞机对旅客座椅和集装箱布置需求，常采用双圆或多圆剖面形式。多圆剖面由多段圆弧和与其相协调的光滑过渡曲线组成，可根据客舱布置需要，灵活改变圆弧半径和圆心位置，实现客舱空间的充分利用。[2]

2 空客波音双通道飞机剖面设计

3 各剖面设计参数分析

一般来说，座椅扶手处是座椅最宽处，而扶手距地板高度一般为625mm （25in），因此客舱地板距离上圆圆心（此处剖面最宽）的最佳距离约在600mm左右（因为座椅最宽处有一定高度），此时，剖面空间利用率最高，靠窗户的乘客乘坐最舒适。但是受到剖面高度和货舱装载标准集装箱的限制，客舱地板的位置需要综合权衡。

地板以下需要布置客舱地板结构空间 （对于6000mm左右的双通道飞机，此值大概为200mm）、标准集装箱装载空间（A330/340、B787、B777典型剖面均装载2个LD3）、以及货舱地板结构空间。

对于标准集装箱装载空间，LD3集装箱标准尺寸79in×64in ×61.5in。

考虑到集装箱与集装箱以及集装箱与侧壁至少2in的间隙要求，货舱宽度至少164in。集装箱与顶部天花板至少3in的防火以及装载要求，以及与货舱地板至少2in的滚柱装载要求，货舱高度至少69in。集装箱底面宽度61.5in，考虑到两集装箱间2in的间隙要求，货舱地板宽度最少125in。如图2所示。

对于货舱地板结构空间，从图1和表1可以得知，A330/340、B787、B777依次变大，而A330/340、B787、B777的当量直径也是依次变大，因此从结构承载效率来讲，这种货舱地板结构空间随当量直径增大的设计对结构设计减重是有利的。另一方面，对于装载标准集装箱，其货舱地板以上2in（集装箱滚柱厚度） 高度处的有效宽度必须大于3715mm（125in）。此宽度的要求也限制了地板结构空间的大小。

由于地板以下空间的限制，以及剖面总高的限制，使得地板与上圆圆心距离A330/340、B787、B777依次增大，在此基础上为满足座椅布置与侧壁板的干涉问题，A330/340内饰与座椅的距离只能增大。

而B787三圆的成型方式，把剖面高度有效增加，巧妙的解决了上述问题。经过反推，若B787采用正圆方式，预达到目前的综合配置，其剖面直径最少增加101.6mm（4in）。而剖面直径的增加势必会带来重量、气动阻力的增加以及设计复杂度的增加。

因此，B787采用三圆成型而非正圆，其更为为更强调的是内部装载效率和结构承载能力的综合考虑。

4 结论

典型剖面数据是民用飞机设计的最初始输入，双通道民用飞机机身典型剖面由于其自身设计的复杂性，势必是一项涉及专业广、设计参数多的系统设计工程，其设计的优劣对整机的综合性能以及整个工程的进度影响都很大，因此设计之初必须积累和掌握大量的参考数据，并在充分考虑其可能影响的专业的基础上，进行详细迭代设计，实现设计的最优化。

【参考文献】

[1]刘积仓，主编.飞机设计手册第七册民机构型初步设计与推进系统一体化设计[M].1版.北京航空工业出版社出版发行.

[2]L.R.詹金森P.辛普金D.罗兹.民用喷气飞机设计[M].中国航空研究院.

[责任编辑：张涛]

【摘 要】实现民用飞机客舱典型剖面的最优化设计，是提高飞机总体设计指标的重要前提。本文通过对比分析空客波音双通道民用飞机机身典型剖面设计参数，对双通道民用飞机机身典型剖面设计进行了初步研究，以期为双通道民用飞机机身典型剖面设计提供依据。

【关键词】典型剖面；民用飞机；双通道

【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

对于民用飞机，客舱典型剖面的设计，事实上反映了客舱的舒适水平和货舱的装载能力以及为了满足这种舒适性水平和装载能力而需要付出的飞机重量和气动阻力等代价之间的一种权衡，客舱典型剖面选择的优劣，对飞机的经济性和舒适性也极为重要。[1]

1 剖面形状设计研究

对于增压客舱飞机，大部分机身剖面设计成圆形，主要源于以下两个原因：

1）从气动效率考虑：消除尖角，飞机在正常的迎角和侧滑角时不致出现气流过早分离；

2）从结构承载考虑：圆形剖面结构承载效率最高，当机身内部增压时，圆形机身以环形张力来平衡内部压力载荷，而任何非圆形剖面都将承受弯曲应力。

然而，从空间有效利用率来分析，对于剖面直径不是特别大的飞机，圆形剖面将造成客舱空间的浪费。因此，为满足一些飞机对旅客座椅和集装箱布置需求，常采用双圆或多圆剖面形式。多圆剖面由多段圆弧和与其相协调的光滑过渡曲线组成，可根据客舱布置需要，灵活改变圆弧半径和圆心位置，实现客舱空间的充分利用。[2]

2 空客波音双通道飞机剖面设计

3 各剖面设计参数分析

一般来说，座椅扶手处是座椅最宽处，而扶手距地板高度一般为625mm （25in），因此客舱地板距离上圆圆心（此处剖面最宽）的最佳距离约在600mm左右（因为座椅最宽处有一定高度），此时，剖面空间利用率最高，靠窗户的乘客乘坐最舒适。但是受到剖面高度和货舱装载标准集装箱的限制，客舱地板的位置需要综合权衡。

地板以下需要布置客舱地板结构空间 （对于6000mm左右的双通道飞机，此值大概为200mm）、标准集装箱装载空间（A330/340、B787、B777典型剖面均装载2个LD3）、以及货舱地板结构空间。

对于标准集装箱装载空间，LD3集装箱标准尺寸79in×64in ×61.5in。

考虑到集装箱与集装箱以及集装箱与侧壁至少2in的间隙要求，货舱宽度至少164in。集装箱与顶部天花板至少3in的防火以及装载要求，以及与货舱地板至少2in的滚柱装载要求，货舱高度至少69in。集装箱底面宽度61.5in，考虑到两集装箱间2in的间隙要求，货舱地板宽度最少125in。如图2所示。

对于货舱地板结构空间，从图1和表1可以得知，A330/340、B787、B777依次变大，而A330/340、B787、B777的当量直径也是依次变大，因此从结构承载效率来讲，这种货舱地板结构空间随当量直径增大的设计对结构设计减重是有利的。另一方面，对于装载标准集装箱，其货舱地板以上2in（集装箱滚柱厚度） 高度处的有效宽度必须大于3715mm（125in）。此宽度的要求也限制了地板结构空间的大小。

由于地板以下空间的限制，以及剖面总高的限制，使得地板与上圆圆心距离A330/340、B787、B777依次增大，在此基础上为满足座椅布置与侧壁板的干涉问题，A330/340内饰与座椅的距离只能增大。

而B787三圆的成型方式，把剖面高度有效增加，巧妙的解决了上述问题。经过反推，若B787采用正圆方式，预达到目前的综合配置，其剖面直径最少增加101.6mm（4in）。而剖面直径的增加势必会带来重量、气动阻力的增加以及设计复杂度的增加。

因此，B787采用三圆成型而非正圆，其更为为更强调的是内部装载效率和结构承载能力的综合考虑。

4 结论

典型剖面数据是民用飞机设计的最初始输入，双通道民用飞机机身典型剖面由于其自身设计的复杂性，势必是一项涉及专业广、设计参数多的系统设计工程，其设计的优劣对整机的综合性能以及整个工程的进度影响都很大，因此设计之初必须积累和掌握大量的参考数据，并在充分考虑其可能影响的专业的基础上，进行详细迭代设计，实现设计的最优化。

【参考文献】

[1]刘积仓，主编.飞机设计手册第七册民机构型初步设计与推进系统一体化设计[M].1版.北京航空工业出版社出版发行.

[2]L.R.詹金森P.辛普金D.罗兹.民用喷气飞机设计[M].中国航空研究院.

[责任编辑：张涛]

【摘 要】实现民用飞机客舱典型剖面的最优化设计，是提高飞机总体设计指标的重要前提。本文通过对比分析空客波音双通道民用飞机机身典型剖面设计参数，对双通道民用飞机机身典型剖面设计进行了初步研究，以期为双通道民用飞机机身典型剖面设计提供依据。

【关键词】典型剖面；民用飞机；双通道

【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

对于民用飞机，客舱典型剖面的设计，事实上反映了客舱的舒适水平和货舱的装载能力以及为了满足这种舒适性水平和装载能力而需要付出的飞机重量和气动阻力等代价之间的一种权衡，客舱典型剖面选择的优劣，对飞机的经济性和舒适性也极为重要。[1]

1 剖面形状设计研究

对于增压客舱飞机，大部分机身剖面设计成圆形，主要源于以下两个原因：

1）从气动效率考虑：消除尖角，飞机在正常的迎角和侧滑角时不致出现气流过早分离；

2）从结构承载考虑：圆形剖面结构承载效率最高，当机身内部增压时，圆形机身以环形张力来平衡内部压力载荷，而任何非圆形剖面都将承受弯曲应力。

然而，从空间有效利用率来分析，对于剖面直径不是特别大的飞机，圆形剖面将造成客舱空间的浪费。因此，为满足一些飞机对旅客座椅和集装箱布置需求，常采用双圆或多圆剖面形式。多圆剖面由多段圆弧和与其相协调的光滑过渡曲线组成，可根据客舱布置需要，灵活改变圆弧半径和圆心位置，实现客舱空间的充分利用。[2]

2 空客波音双通道飞机剖面设计

3 各剖面设计参数分析

一般来说，座椅扶手处是座椅最宽处，而扶手距地板高度一般为625mm （25in），因此客舱地板距离上圆圆心（此处剖面最宽）的最佳距离约在600mm左右（因为座椅最宽处有一定高度），此时，剖面空间利用率最高，靠窗户的乘客乘坐最舒适。但是受到剖面高度和货舱装载标准集装箱的限制，客舱地板的位置需要综合权衡。

地板以下需要布置客舱地板结构空间 （对于6000mm左右的双通道飞机，此值大概为200mm）、标准集装箱装载空间（A330/340、B787、B777典型剖面均装载2个LD3）、以及货舱地板结构空间。

对于标准集装箱装载空间，LD3集装箱标准尺寸79in×64in ×61.5in。

考虑到集装箱与集装箱以及集装箱与侧壁至少2in的间隙要求，货舱宽度至少164in。集装箱与顶部天花板至少3in的防火以及装载要求，以及与货舱地板至少2in的滚柱装载要求，货舱高度至少69in。集装箱底面宽度61.5in，考虑到两集装箱间2in的间隙要求，货舱地板宽度最少125in。如图2所示。

对于货舱地板结构空间，从图1和表1可以得知，A330/340、B787、B777依次变大，而A330/340、B787、B777的当量直径也是依次变大，因此从结构承载效率来讲，这种货舱地板结构空间随当量直径增大的设计对结构设计减重是有利的。另一方面，对于装载标准集装箱，其货舱地板以上2in（集装箱滚柱厚度） 高度处的有效宽度必须大于3715mm（125in）。此宽度的要求也限制了地板结构空间的大小。

由于地板以下空间的限制，以及剖面总高的限制，使得地板与上圆圆心距离A330/340、B787、B777依次增大，在此基础上为满足座椅布置与侧壁板的干涉问题，A330/340内饰与座椅的距离只能增大。

而B787三圆的成型方式，把剖面高度有效增加，巧妙的解决了上述问题。经过反推，若B787采用正圆方式，预达到目前的综合配置，其剖面直径最少增加101.6mm（4in）。而剖面直径的增加势必会带来重量、气动阻力的增加以及设计复杂度的增加。

因此，B787采用三圆成型而非正圆，其更为为更强调的是内部装载效率和结构承载能力的综合考虑。

4 结论

典型剖面数据是民用飞机设计的最初始输入，双通道民用飞机机身典型剖面由于其自身设计的复杂性，势必是一项涉及专业广、设计参数多的系统设计工程，其设计的优劣对整机的综合性能以及整个工程的进度影响都很大，因此设计之初必须积累和掌握大量的参考数据，并在充分考虑其可能影响的专业的基础上，进行详细迭代设计，实现设计的最优化。

【参考文献】

[1]刘积仓，主编.飞机设计手册第七册民机构型初步设计与推进系统一体化设计[M].1版.北京航空工业出版社出版发行.

[2]L.R.詹金森P.辛普金D.罗兹.民用喷气飞机设计[M].中国航空研究院.

[责任编辑：张涛]