[发明专利]单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，涉及一种单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单曲风挡机头一体化设计方法，通过本方法设计的曲面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，提供一种单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、生成机头一侧的上主曲面ICLJ；

2.2、切除上主曲面ICIJ风挡处的部分，得到剩余上主曲面IABHJ；

2.3、生成机头一侧的主风挡曲面CERM；

2.4、生成机头一侧的侧风挡曲面MRFD；

2.5、生成主风挡曲面CERM与剩余上主曲面IABHJ之间的过度曲面ACDB；

2.6、生成机头一侧的上前曲面EGHF；

2.7、依次生成机头一侧的剩余曲面：下主曲面OPQN、下后曲面NQKJ、下前曲面GPO；

2.8、生成机头另一侧的与根据步骤2.1至2.7生成的曲面对称的曲面。

在本发明的该方面，由于上主曲面为一体化成形，然后通过切割风挡区，再单独生成风挡曲面以及风挡曲面和上主曲面之间的过渡曲面，即通过切割曲面的方法，达到一体化成形风挡上主曲面的目的，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中的所述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。

优选地，所述步骤2.1包括：将上视界线与风挡竖直后掠线相交得到一交点S1，通过在该点处生成第一水平面并与上零纵线相交得到交点C，在C点生成一个与机头轴线相垂直的第一站位平面从而与最大宽度线相交得到L点，将机头等直段轮廓线与上零纵线相交得到I点，将机头等直段轮廓线与最大宽度线相交得到J点，通过二次扫掠曲面生成上主曲面ICLJ，前端剖面线CL参数在0.38～(sqrt2-1)之间，后端剖面线IJ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ICLJ由前向后法则曲线采用S型或直线型。

优选地，所述步骤2.2包括：在S1点正上方50mm～100mm处生成第二水平面；从眼位向后400mm处生成一垂直于机头轴线的第二站位平面；将第二水平面和第二站位平面与上主曲面ICLJ相交并合并，得到组合曲线AB-BH，A点为第二水平面与飞机上零纵的交点，H点为第二站位平面与飞机最大宽度线的交点，B点为第二水平面和第二站位平面以及上主曲面ICLJ三个平面的交点，用该组合曲线AB-BH切割上主曲面ICLJ，得到剩余上主曲面IABHJ。