本發(fā)明涉及飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造方法，確切地說其目的是建立飛機(jī)的尺寸分級系列，這些尺寸不同的飛機(jī)之間有相同的比例關(guān)系，并且有最低的研制費(fèi)用和制造成本。

各制造廠商提供給民航市場的許多型號都是按傳統(tǒng)的指定設(shè)計(jì)方法，它們選擇種類繁多的發(fā)動(dòng)機(jī)，電子設(shè)備和裝備的可能性要以給定的飛機(jī)機(jī)體為基礎(chǔ)。多年來機(jī)體生產(chǎn)在技術(shù)上沒有多大改進(jìn)。這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法需要龐大的（因而很費(fèi)錢）研制和鑒定計(jì)劃來消除已定設(shè)計(jì)中的缺陷，以保證滿足美國聯(lián)邦航空局（FAA）的標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則中所提出的飛行性能的要求。這種針對每種具體型號的指定設(shè)計(jì)方法在民航飛機(jī)生產(chǎn)線上對每種型號還需要一整套專用生產(chǎn)工具。因此制造商難以在其生產(chǎn)線中通過部分或全部重新使用生產(chǎn)其他不同尺寸型號中的模具、型架、樣板或其他工具，以減少生產(chǎn)費(fèi)用。

本技術(shù)人的調(diào)查表明，在航空領(lǐng)域內(nèi)，過去尚無涉及本發(fā)明的有關(guān)技術(shù)。在美國專利4417708中，發(fā)明者RosarioO.Negri提出了一種設(shè)計(jì)方法，可以在一個(gè)通用的機(jī)身上可互換地安裝各種有不同平面形狀的機(jī)翼。它顯然不同于本發(fā)明所提出的分級設(shè)計(jì)和制造方法，在他那里沒有考慮尺寸分級的型號系列。

在美國專利1524059中提出了制造系列飛機(jī)元件的梯形樣板，每種飛機(jī)元件之間形狀完全相同，尺寸按比例逐個(gè)增大。在美國專利3545085中，HalbertC.Stewart提出了一種比例造型方法，用于布質(zhì)材料的成形和懸掛。就所能調(diào)查到的情況來看，從來還沒有類似的方法用來進(jìn)行飛機(jī)型號的系列設(shè)計(jì)和制造。

除了航空電子技術(shù)領(lǐng)域以外，在過去的四十年所見到的應(yīng)用于民航飛機(jī)的設(shè)計(jì)、安全和制造方面的新技術(shù)很少。盡管復(fù)合材料的使用使軍用和民用飛機(jī)的單一指定設(shè)計(jì)和制造方法發(fā)生了巨大的變化，但在民航飛機(jī)方面仍基本上處于停滯狀態(tài)。隨著民航飛機(jī)的價(jià)格持續(xù)地扶搖上升，以及飛機(jī)銷售量的不斷下跌，民航工業(yè)的前景仍然是令人不安地不確定的。民航機(jī)設(shè)計(jì)和制造方面的技術(shù)大變革也許得以消除這種令人憂郁的狀況。

本發(fā)明的第一個(gè)目的是減少飛機(jī)研制和鑒定費(fèi)用。這是通過利用飛機(jī)分級設(shè)計(jì)方法來產(chǎn)生一系列多種不同尺寸飛機(jī)的單一指定設(shè)計(jì)而達(dá)到的。這些飛機(jī)外觀相似，飛行相似。因?yàn)榫鸵砻嫘螤詈屯庑畏矫娑摚谙盗兄械倪@一種型號和另一種型號比例相同。系列中的各種型號配用專門的座艙和推進(jìn)系統(tǒng)，它們被選來滿足具體型號的特殊任務(wù)的要求。

本發(fā)明第二個(gè)目的是減少制造成本。這是通過最大程度重復(fù)使用生產(chǎn)尺寸分級系列中的各種型號的翼面、機(jī)頭和機(jī)尾錐體的模具、型架、樣板或其他工具來達(dá)到的。

為了能最大程度地達(dá)到上述目的，很重要的是避免在飛機(jī)的機(jī)身中部安裝翼面和推進(jìn)系統(tǒng)。只有大展弦比、后置前掠翼才是一種可能采用的結(jié)構(gòu)配置。并不是直到現(xiàn)在才有可能去制造能經(jīng)受得住扭矩和彎曲載荷的前掠翼。受有這些載荷時(shí)采用這種機(jī)翼布局并不使重量有顯著的增大。復(fù)合材料的發(fā)展使前掠翼的設(shè)計(jì)成為可能。材料強(qiáng)度與大多數(shù)金屬相同或高于大多數(shù)金屬材料的復(fù)合材料還有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它們僅在纖維的取向方向是剛性的。因此，復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以在專門的方向適合于彎曲或適合于抵抗彎曲，或通過在母體中的互相交叉的纖維達(dá)到多方向或全方位的剛度。

附圖簡介

圖1A是理想外形的俯視圖;

圖1B是理想外形的側(cè)視圖;

圖1C是理想外形的前視圖;

圖2是展弦比為10的機(jī)翼翼展與機(jī)翼面積之間的關(guān)系曲線。曲線上的點(diǎn)表示附圖所示飛機(jī)系列中各種型號的機(jī)翼面積和翼展;

圖3是用于生產(chǎn)飛機(jī)分級系列中之任何型號主機(jī)翼半翼展翼面的模具的俯視圖;

圖4是用于生產(chǎn)飛機(jī)分級系列中任何型號垂直尾翼的模具的側(cè)視圖;

圖5是用于生產(chǎn)飛機(jī)分級系列中任何型號半翼展鴨式翼面的模具的俯視圖;

圖6A到6H是表示推進(jìn)系統(tǒng)各種不同安裝形式的不同型號飛機(jī)尾部俯視圖;

圖7A到7H是在所提出的飛機(jī)系列中，對于不同尺寸型號機(jī)身的前視圖。從圖7A到7H按照尺寸增大的次序排列;

圖8A到8H是所提出飛機(jī)系列中，不同尺寸型號的側(cè)視圖。這些飛機(jī)的機(jī)身表示在圖7A到7H中;以及

圖9A到9H是分別對應(yīng)于圖8A到8H飛機(jī)的指定設(shè)計(jì)草圖的透視圖。

圖1的理想外形的特點(diǎn)在于，對前置后掠的鴨式翼面11，裝在機(jī)身后部的前掠翼面12和垂直尾翼13都可以實(shí)施構(gòu)成本發(fā)明的分級設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。另外，這種外形還具有其固有的若干顯著的空氣動(dòng)力和安全方面的優(yōu)點(diǎn)。

首先，前掠翼在技術(shù)上有若干眾所周知的空氣動(dòng)力優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)傾斜時(shí)不利的側(cè)滑和側(cè)滑時(shí)橫滾的趨勢均大大降低，或完全消除。

其次，前掠機(jī)翼再加上在后部安裝動(dòng)力裝置，可以避免將燃油和燃油管路安裝在機(jī)組和乘客所在的機(jī)身范圍內(nèi)。

第三、在技術(shù)上，眾所周知，鴨式翼面（主機(jī)翼前置的舉力面）比起安裝在尾部的安定面來說具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。圖1的鴨式翼面11將會消除“嚴(yán)重失速”問題，因?yàn)樗静粫幱谥鳈C(jī)翼翼面的尾流之中。在大沖角時(shí)，鴨式翼面引起高能量的渦系，它們掠過主機(jī)翼中部，延緩了這部分機(jī)翼在氣流中的附面層分離，從而延緩了這部分的失速。此外，如果鴨式翼面的安裝角大于后置機(jī)翼的安裝角，那么鴨式翼面將首先失速，這時(shí)，在后置機(jī)翼達(dá)到它的臨界沖角以前引起飛機(jī)頭部下落。因?yàn)榈涂帐偈敲窈綑C(jī)墜毀最主要的原因，所以采用鴨式水平翼面的飛機(jī)比起常規(guī)設(shè)計(jì)的飛機(jī)來，它提供了一個(gè)重要的安全性方面的優(yōu)點(diǎn)。

第四、圖1所示的理想外形特別適用于將發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)距離地向后安裝，這樣即使有與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的火焰，也能保證最安全，因?yàn)榛鹧婧推渌麩釟饬鞑荒苤苯記_擊飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，而是消散在自由的空氣流中。

如前所述的大展弦比、前掠主機(jī)翼12必須由“現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平”的復(fù)合材料所制成。誠然，當(dāng)整架飛機(jī)都用復(fù)合材料制成時(shí)，與采用鋁合金結(jié)構(gòu)的按常規(guī)制成的尺寸類似的飛機(jī)作比較，則具有重量大大減少和阻力大大降低的優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合材料單位重量的固有強(qiáng)度允許設(shè)計(jì)“大過載”座艙結(jié)構(gòu)，以改善粗猛著陸的碰撞安全性，而不過多地付出重量的代價(jià)。

圖1理想外形的前掠、后置機(jī)翼12可以設(shè)有前緣襟翼或前緣縫翼14和全翼展襟翼15，以提高短距離起飛和著陸時(shí)的升力系數(shù)，如果具體型號有這方面任務(wù)要求的話。橫向操縱可以通過使用擾流板16，或差動(dòng)地使用襟翼15來達(dá)到。

安裝在機(jī)身前部的鴨式翼面11提供所必須的縱向安定性和操縱性?？v向操縱能夠借助于常規(guī)的升降舵17或通過像一塊平板那樣運(yùn)動(dòng)整個(gè)翼面來獲得?？v向配平可借助于常規(guī)的調(diào)整片18或通過調(diào)整安定面來達(dá)到。

裝在機(jī)身尾部的垂直尾翼13提供必要的方向安定性和操縱性。方向操縱是通過使用常規(guī)方向舵19來達(dá)到的，而方向配平則借助于常規(guī)的調(diào)整片20。

分級設(shè)計(jì)方法用圖2中展弦比為10的翼展和機(jī)翼面積關(guān)系曲線來加以說明。點(diǎn)21、22、23和24分別表示對二座、四座、六座和八座的單發(fā)飛機(jī)所推薦的機(jī)翼面積和翼展。點(diǎn)25、26、27和28分別表示對八座、十座、十二座和十四座的雙發(fā)飛機(jī)所推薦的機(jī)翼面積和翼展。

可多次重復(fù)使用的、制造八種具體型號飛機(jī)機(jī)翼、水平和垂直翼面的模具，分別表示在圖3、圖4和圖5中，用來說明分級設(shè)計(jì)和制造方法。每個(gè)模具可以制造通用的翼面31、41和51，這些是適應(yīng)尺寸分級系列范圍內(nèi)全部型號的模具的全長。用于雙座飛機(jī)的是面32、42和52，它們具有最小的翼尖弦和翼根弦。用于四座飛機(jī)的面33、43和53不用雙座飛機(jī)翼尖部分的小面34、44和54。此外，用于四座飛機(jī)的表面，在靠翼根的一端被延長和放大，以獲得四座飛機(jī)所要要的翼根弦35、45和55。在整個(gè)生產(chǎn)線上，對每種相繼的型號同樣地重復(fù)這一工藝過程。重復(fù)使用制造翼面的模具、型架、樣板或其他工具的程度，取決于從一種型號到另一種型號時(shí)，尺寸步長增加的幅值。當(dāng)翼面的長度和寬度增加時(shí)，所要求的設(shè)計(jì)載荷也增加。在翼面是由復(fù)合材料制成的情況下，處理大翼面結(jié)構(gòu)所隨的附加力是必要的，這時(shí)在用于翼面結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料的敷層中增加加強(qiáng)材料。當(dāng)翼面是用常規(guī)材料制成時(shí)，承載元件，如桁條、受力蒙皮的橫截面積，要求沿整個(gè)翼展長度增加。這個(gè)按比例分級的制造方法，適用于任何梯形翼面，而與它的后掠角無關(guān)。

雖然圖3、4和5的翼面用整體結(jié)構(gòu)來說明，但所敘述的方法也適用于它們的各種元件，如前緣、翼梁、蒙皮壁板、可動(dòng)翼面和其他必需的元件。因此，鴨式翼面、主機(jī)翼或垂直尾翼能夠用幾套通用的模具、型架、樣板或其它工具來制造。

如圖6A到6H所表示的那樣，各種推進(jìn)系統(tǒng)可以方便地安裝在圖1所示的理想外形上，以滿足飛機(jī)尺寸分級系列范圍中每一種型號的具體使用要求。單發(fā)飛機(jī)的動(dòng)力裝置被安置在作為機(jī)身尾部錐體一部分的發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)。雙發(fā)飛機(jī)的動(dòng)力裝置安放在借助于支架連接在機(jī)身尾錐后端的二個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)，使由于幾何形式引起的推力不對稱減至最小。在用螺旋槳驅(qū)動(dòng)飛機(jī)的情況下，螺旋槳直徑降低到常規(guī)飛機(jī)的75%到85%之間，并被安置在螺旋槳環(huán)罩內(nèi)，以便減少噪音和振動(dòng)水平，并且提高效率。在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率增加的情況下，當(dāng)螺旋槳直徑保持不變時(shí)，每個(gè)螺旋槳的槳葉寬度和數(shù)目增加。圖6A和6B分別表示單臺和雙臺普通活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝情況。圖6C和6D分別表示單臺和雙臺渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝情況。圖6E和6F分別表示單臺和雙臺渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝情況。圖6G和6H分別表示單臺和雙臺螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝情況。

圖7A到7H是選來表示分級設(shè)計(jì)和制造方法的八種型號機(jī)身的前視圖，它們按尺寸逐步加大的次序排列。圖8A到8H為八種與圖7A到7H相同型號機(jī)身同樣按尺寸增加次序排列的側(cè)視圖。圖9A到9H為八種與圖7A到7H相同型號的飛機(jī)按尺寸逐步增大的次序排列的透視圖。

不同型號的飛機(jī)機(jī)身之間的許多共同之處具有重大意義。這八種飛機(jī)所采用的從81A到81H的錐形機(jī)頭是由同樣的模具制造的。對于較大的型號，在應(yīng)力增加的區(qū)域添加額外的加強(qiáng)件。四種單發(fā)飛機(jī)所采用的從82A到82D的機(jī)身尾段，是由公用模具制造的，對于較大的型號，在其應(yīng)力增加區(qū)添加額外的復(fù)合材料加強(qiáng)件。四種雙發(fā)飛機(jī)采用由公用模具制造的83E到83H的機(jī)身尾段，對于較大的型號，在應(yīng)力增加區(qū)添加額外的復(fù)合材料加強(qiáng)件。所有雙發(fā)飛機(jī)所采用的機(jī)身駕駛艙部分，從84E到84H是由公用模具制造的。只是機(jī)身的客艙部分，由于各種型號之間變化較大，應(yīng)隨著座席的增加相應(yīng)增加它們的寬度和長度。

雖然在圖8A到8H中機(jī)身被描述為由三部分組成，但是這些部分的制造過程，無疑完全可以分解成小單元來進(jìn)行，例如縱梁、桁條、框、蒙皮壁板等，然后用它們組裝成一個(gè)完整的機(jī)身。

雖然已經(jīng)介紹了本發(fā)明的最佳實(shí)例，但只要符合本發(fā)明所規(guī)定的精神神，并在所附的權(quán)利要求范圍之內(nèi)，可以設(shè)計(jì)和修改出其他的實(shí)施方案。