超音速客機的概念設計
——團隊工作報告
專業名稱航空學院—飛行器設計與工程
團隊成員龔雪淳潘環龔德志李亮
指導教師張科施楊華保李斌宋科範宇
完成時間 2023年6月15日
本專案是進行一款新型的超音速客機的概念設計，。
該專案完成了一款載客量200人，巡航馬赫數2.0，航程10000～12000公里的超音速客機概念設計。專案團隊成員分別是龔雪淳(團隊組長)、潘環、龔德志、李亮，專案指導教師分別是楊華保、張科施、李斌、宋科、範宇。
21世紀,人類對航空器的研究將更加關注,航空技術將成為世界各個國家經濟發展的乙個最重要的標誌！5年前，「協和」客機最後一次讓乘客感受突破音障的激動瞬間，由於事故頻發，這種高科技產物被迫退出歷史舞台。然而，人類追逐超音速旅行的夢想並沒有像流星一樣，一閃即逝。
現在，包括美國、英國、法國、日本、中國、俄羅斯等在內的多個具有航空研發能力的國家都在積極投入大量經費，來研製自己的超音速客機方案，以求在未來的航空領域中占有一席之地，一場沒有硝煙的戰爭已經打響。
通過該項目的團隊合作研究，提高了我們的創新能力和分析問題、解決問題的能力，培養了我們嚴謹認真的工作態度和團隊協作的精神，讓我們懂得了團隊的重要性，懂得了如何與人溝通，協作。同時，專案的實施也讓我們提前適應了將來的工作模式和工作氛圍，認識上更進一層。
自從萊特兄弟為人類插上翅膀的乙個世紀以來，飛得「更快、更遠、更高」一直是人類不斷追求的目標。此間，隨著航空技術的不斷發展進步，航空運輸業也取得了飛躍的發展，為了滿足人們超音速飛行的夢想，二十世紀60、70年代，俄羅斯的圖-144和英法聯合研製的「協和」超音速客機相繼登場，演繹了一段曲折、輝煌的超音速客機飛行史，最終由於安全性、經濟性等原因退出了歷史的舞台。然而，人類的超音速之夢並沒有因為前進道路上的一點挫折揮之而去。
目前，超音速和高超音速客機方案再次被眾多航空大國提上了研製的日程，以求在未來的航空領域中占有一席之地，一場沒有硝煙的戰爭已經打響。
圖1.1 協和超音速客機
超音速客機能夠滿足人們對超音速噴氣式旅行的渴望，更重要的是使乘客大大減少不必要的旅行時間，是一種更迅速、更經濟的客機。目前全球空運市場的迅速擴大將給超音速客機帶來光明的前景。除空客、波音外，全球許多飛機製造商都對第二代超音速飛機有所規劃，預計到2023年時，超音速客機市場將迎來高速增長的全盛時期，而到2023年，搭乘超音速航班的旅客將佔所有航班乘客的10%至20%，屆時在全世界開通的此類航線可能將多達數百條。
而在軍事上，研究超音速和高超音速技術，可以大大提高一國的航空研發能力和國防實力。
圖1.2 波音的hsct方案
超音速客機研究的兩大難題就是噪音大和成本高，本研究專案首先總結了第一代超音速客機(協和、圖-144及波音、洛-馬的超音速客機方案)的設計特點及失敗的原因，對其存在的問題進行了深入的研究、分析和比較，並提出了可行性的設計技術指標，並由此確定了本研究專案的超音速客機設計方案。
本專案成員都來自航空專業，對飛行器的設計及未來飛行器的設計思想和設計理念尤為關注和熱衷，且在此之前已經積累了大量的有關飛機設計方面的知識和實踐經驗，這些寶貴的知識財富和實踐經驗幫助我們在此次專案中順利的進行研究和創新設計。
圖1.3 專案組成員知識及經驗積澱
本專案團隊成員由來自西北工業大學航空學院2004級飛行器設計與工程專業的四名本科生組成，其分工情況基本如下表1.1
表1.1 超音速客機設計團隊成員及導師基本情況
由上表1.1可以看出，每一位專案團隊成員都有一位專一的指導老師，專案執行過程中針對其進行指導。其中龔雪淳任專案團隊學生組的組長，負責超音速客機的總體設計工作和專案成員之間的設計工作協調處理、團隊工作匯報等；潘環主要負責超音速客機氣動方面的設計工作，包括機翼、垂尾和鴨翼翼型的選擇，增公升裝置的設計，及相關氣動特性的分析計算；龔德志主要的任務是進行超音速客機結構受力及氣動熱的分析，結構布置， 材料選擇；李亮主要進行超音速客機關鍵技術，包括音爆、噪音和發動機排放的研究，以及客機內、外環境的分析和有關引數的可行性定量計算。
專案團隊的指導老師都來自航空學院，指導老師的負責人、組長是張科施老師，她同時是龔雪淳的設計指導老師，幫助指導其完成總體設計任務；宋科老師主要負責指導潘環進行飛機氣動方面的設計工作，給其指引研究方面，提供研究途徑和方法；結構設計的指導老師是李斌老師，他對龔德志的結構設計提供了大量的建設性意見和幫助；李亮的研究工作得到了楊華保老師和範宇學長的大力支援。
雖然設計工作有所分工，但是團隊是乙個整體，專案執行中我們每個成員不僅僅要了解自己主要負責方面的設計、研究情況，也要掌握了解其它方面的有關要求，設計思想。
本專案運作過程中，我們以一種不同以往的類似於科研單位的實戰工作模式來進行，讓我們提前適應科研的氛圍和工作方法。
◆ 團隊每週定時召開小組例會，小組成員可隨時就某項問題進行討論
團隊小組每週至少開一次小組例會，小組成員及指導老師都必須出席此次例會。例會上學生對上週的工作進行總結闡述，並提出設計中遇到的問題，然後指導老師和學生一起討論如何來解決，最終提出乙個可行性的解決方案，如果例會上無法立即解決，可約定時間單獨約見學生，進行進一步的**，尋找解決問題的途徑。之後每個人都要提出自己下一周的工作計畫。
學生對設計工作進行闡述後，指導老師可對學生的工作進行點評，也可提出問題讓專案成員來回答，以保證其設計工作無誤。另外，負責各個方面涉及的成員之間也可以相互提出問題、及設計進度要求，以保證專案的質量和進度。部分小組例會記錄見附錄一。
除了每週的小組例會，設計過程中一旦遇到問題，我們團隊成員之間就可以立即展開討論，研究出可行性解決方案，然後立即進行計算、分析，驗證此方案是否可行，是否是最佳解決方案，如難以下定論，可找老師解答或在下週小組例會上提出。這樣處理問題的方法，節約時間，而且每位成員都了解問題的癥結，且都能參與到解決問題的過程中來，實現了團隊的一體化協作。另外，如遇到需做重大的引數改動，需例會討論通過且報總師簽名，如附錄二中的引數改動記錄。
◆ 課題新穎、激發創新靈感，研究意義深遠
對於我們來講，超音速客機的研究設計是乙個嶄新的課題，而且國內外超音速客機設計方面可查的資料很少，可以使用的經驗公式也幾乎沒有，這在設計過程中充分調動了我們的創新性。設計過程中我們充分查閱國內外期刊資料，仔細分析、計算，再結合亞音速客機的設計，及指導老師的建議和幫助，發揮自己的創新思維和分析問題、解決問題的能力，保證了設計進度和設計結果的可行性。
由於超音速客機不同於以往的亞音速客機，其特殊性顯而易見，其設計涉及到航空材料、發動機技術、噪音等眾多領域。對超音速客機進行初步的設計研究，有助於分析超音速客機研製的可行性、必要性及其重大意義。
專案進行中，團隊成員之間的設計工作經常需要協調，有時候兩個成員之間設計上會出現矛盾，這就需要我們之間能夠很好的協調來處理這些矛盾和問題，成員之間的協作關係如下圖1.4所示。
圖1.4 專案團隊成員工作協調情況示意圖
專案進行過程中，總體給氣動設計提出飛機各個不同階段的公升阻特性要求，然後負責氣動的同學根據提出的要求選擇合適的翼型並進行公升阻特性計算，並把結果反饋給總體；結構設計的同學根據總體的設計方案及重量分配要求及氣動的公升力分布進行受力分析，結構布置，並和總體、氣動的同學進行協調；人機環境及關鍵技術研究的同學，針對本超音速客機設計，提出可行性的設計理念及應該達到的設計指標，然後總體、氣動和結構設計的同學根據其提供的資訊，進行設計的優化。成員之間的關係就如上圖所表達的一樣，反覆協調，多次優化，最終得到我們的設計結果。另外，我們小組成員每週進行多次小組討論，對有關問題進行充分的討論，各抒己見，研究對策和可行性方案，發揮各自的專長，提出創新性的建議和意見。
經過團隊四名成員三個月的不懈努力，我們已基本完成畢業設計任務—超音速客機的概念設計。具體完成的工作包括：超音速客機總體布局方案的確定，飛機總重量的計算及總體引數的選擇，飛機部件詳細引數的設計，翼型的選擇，飛機氣動效能的分析，結構的布置和選材，全機的氣動特性校核、飛機飛行效能計算，經濟性評估分析等。
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