[原创]为什么大飞机的机身形状都是那么呆板？
先说明一下相关技术用语:
参数化物体:就是标准几何体,(容易)参数(化)的几何体,可以有数学方法,公式精确计算尺寸的物体,如正方体,球体,锥体等以及通过这些几何体倒,圆角等处理而得到的各种几何体.
非参数化物体:就是非标准几何体,(不容易)参数(化),外形复杂多变,如外形要求符合空气动力学的战斗机翼身结合部分外壳,汽车的外壳这样的几何体或面,用一般的数学方法不易或很不易精确(只能无限接近)计算它们尺寸的物体.
为什么大飞机的机身形状都是由那么呆板的参数化物体-----圆柱体来表达呢？
1首先是设计的原因，参数化物体容易造型，在现在的工业设计软件中可以轻易实现精确的尺寸控制，而非参数化物体计算复杂，还不一定有现成的方法去计算,处理，精确尺寸数据控制就更不易了。而众所周知，精确的尺寸数据控制对于工业设计有多重要，是设计与生产的可重复性，将来改型的重要条件之一，而且参数化物体-----圆柱体，在与机翼连接时设计计算方法也最简单（相对非参数化物体）,接触面小而形状稳定(指机身)。
2由于基本相同的原因，在生产上参数化物体容易造型,并且达到公差范围的可行性也比非参数化物体容易得多，要知道现代的大型运输人员飞机一般要在气压很低的高空以高亚音速飞行，气密是个必须达到的最低要求，而参数化物体----圆柱体最容易在花费最少（相对非参数化物体）的情况下,就能成型并且达到一定的强度满足气密与高速的要求，并且在以后的各种改进中最容易完成改进,比如修改参数化物体圆柱体的大小只用调整两个数据:半径与高度,精确度可到头发丝的N倍细的几百万分之一毫米以下的标准,修改非参数化物体则要调整几个到成千上万的数据,还不一定一次计算成功,并且达到头发丝这样大的对接缝隙这样的对接精确度都很难。
3由于机身外形的简单,标准的原因,与之有关的内部机构件也因此可以同步的简单化,标准化,这样在整体上在设计,生产以及某型号的系列化等许多方面带来的好处,比之外形复杂的不规则机身,这样相当保守的简单,标准的机身外形还是,在目前的科技水平与经济水平上,更能够让设计与生产部门喜欢.
4飞行控制的原因，参数化物体-----圆柱体在设计时与实际飞行时，对空气动力学的计算是最容易的,形状标准,可套用成熟的已有公式,方法,而不一定要经过完整的空气动力学实验（相对非标准的几何体），要知道，大型飞机上连人员,在飞行时都是不允许大规模无控流动的（改变重心），而窄长的圆柱体天然就有这个限制人员自由流动的功能,人员运输飞机更把飞行安全作为重中之重,宁愿少一些运用前景,也要安全第一,而非参数化物体无论是在设计,生产,还是空气动力学的计算上都是很复杂的,风险太大,相比民用大型客机,倒是大型军用运输机,轰炸机有更灵活一点的外形设计,而民用客机的外形设计,在安全第一,经济第二的前提下只能采用流线型圆柱体(两端流线体,中间圆柱体),非参数化物体的设计方法设计的飞机就很容易胎死腹中。
5出于经济的原因：由于设计,生产,使用的安全等方面的原因,导致这样制造出来的飞机比造型奇特,曲线更优美的飞机更有经济上的可行性,因此被作为大型飞机设计的主流,另外由于石油的价格日益飞涨，飞机必须用迎面阻力最小的造型----流线型圆柱体(两端流线体,中间圆柱体)来满足节约能源的要求,非参数化物体在巡航状态下的迎面阻力减少并不占多大优势（要在机动时才显示气动性能的优越）。
这就是为什么军民用大型飞机造型那么呆板的几个主要原因，而战斗机因为尺寸大大小于军民用大型飞机，乘员既少又通过高级特殊训练,又带降落伞,再加专门研发的多余度飞行控制软件的帮助,而且用途决定其不能过分关注经济代价与飞行安全等制约军民用大型飞机设计的那些不利条件的限制，故而有五花八门的造型.
以上说法一家之言，也许不全对，欢迎拍金砖。说出楼主（或楼猪）为什么不对，并且说出你心目中最好的大型飞机的造型，让我们大家长长见识。
那是不是大飞机的机身的呆板的参数化物体-----圆柱体就是使用功能最好的呢，只能说不是。大家还不用去看那些著名飞机设计师的作品，看看我这编外飞机设计师的作品也知道，非参数化物体机身会有什么好处：
1超级宽大的内部空间，可以在飞机内部举行会议，联欢活动，在飞机上设立与地面相差无几的指挥中心，
2机身内部的布置可以更加随意，自由。可运输尺寸非常大的货物。
仅此二条，就不是呆板的参数化物体-----圆柱体可以随便满足要求的优点。
我这编外飞机设计师的作品:
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补充一点,圆柱体的气动外型是最简单的,设计容易很多,主要是考虑侧风对机体产生外力的影响,从各个方向产生的外力基本都是一样均匀的,如果是其它型状,则同样大小的风力,从不同的方向对机身产生的外力不一样,使飞行控制变得很复杂.
我还不明白楼主所说的非标准几何体到底啥概念，请用浅显一点的语言说明。
大型飞机的机体设计出发点和战斗机是不一样的，首先考虑的是其承载能力，比如其运载空间的长、宽、高和载重量，然后根据其要求设计机体，然后提出其航程和速度要求，结合这个要求设计机翼并配合最经济的动力系统。至于机身是否美观则基本不在考虑范围之内，只要基本符合气动原理并尽量减少阻力就可以了。
 以下是引用qdlai228 在第10楼的发言：我还不明白楼主所说的非标准几何体到底啥概念，请用浅显一点的语言说明。 大型飞机的机体设计出发点和战斗机是不一样的，首先考虑的是其承载能力，比如其运载空间的长、宽、高和载重量，然后根据其要求设计机体，然后提出其航程和速度要求，结合这个要求设计机翼并配合最经济的动力系统。至于机身是否美观则基本不在考虑范围之内，只要基本符合气动原理并尽量减少阻力就可以了。 |
标准几何体与非标准几何体是我创语,用得不正确,但是自己更喜欢这样的用法.
按照现在的设计软件的语言,标准几何体就是(容易)参数(化)的几何体,(正规用语:参数化物体),可以有数学方法,公式精确计算尺寸的物体,如正方体,球体,锥体等以及通过这些几何体倒,圆角等处理而得到的各种几何体.
非标准几何体就是(不容易)参数(化)的,(正规用语:非参数化物体),外形复杂多变,而外形又要求符合空气动力学的如战斗机翼身体结合部分外壳,汽车的外壳这样的几何体或面,用一般的数学方法不易或很不易精确(只能无限接近)计算它们尺寸的物体.
谢谢这位哥们提醒,发帖不等于只是自己看,要注意别人也能不能看懂,以后类似情况尽量用标准用语.
以下是引用WATERTIGER 在第13楼的发言：
标准几何体与非标准几何体是我创语,用得不正确,但是自己更喜欢这样的用法. 按照现在的设计软件的语言,标准几何体就是(容易)参数(化)的几何体,(正规用语:参数化物体),可以有数学方法,公式精确计算尺寸的物体,如正方体,球体,锥体等以及通过这些几何体倒,圆角等处理而得到的各种几何体. 非标准几何体就是(不容易)参数(化)的,(正规用语:非参数化物体),外形复杂多变,而外形又要求符合空气动力学的如战斗机翼身体结合部分外壳,汽车的外壳这样的几何体或面,用一般的数学方法不易或很不易精确(只能无限接近)计算它们尺寸的物体.
谢谢这位哥们提醒,发帖不等于只是自己看,要注意别人也能不能看懂,以后类似情况尽量用标准用语. |
现在的空气动力学分析基本上已经不用参数化数学语言了，都改用有限元分析系统了。
就算是参数化几何体，也无法的到比有限元更精准的数据，因为几何体会随着速度、温度、压强、密度等边界条件的改变而改变，而这种改变在目前的科技水平下还是无法参数化的。但有限元分析是没有这个问题的，因为边界条件也是有用有限元模拟出来的。世界上著名的ANSYS软件就可以做各种空气动力学有限元分析。
所以几何体能否参数化都无所谓，只要有正确的网格划分就能得到精准的数据。
国内也早建成了数字风洞，可以用于各种飞机、汽车的空气动力学分析，也可以用于潜艇、船舶的流体力学分析。
这一段在忙乌七八招的事,专业都有点丢了,大家互相指出别人的不足很好,只要不搞无厘头的乱骂,就是共同进步.
谁都有长又有短,应该互相帮助.
以下是引用色子 在第17楼的发言：
个人认为，还是应该说标准普通话。 |
没什么啦,个人爱好用语,本人就算是鬼子,也是100%国产的,以后要搞东京大TS的那份.
做为一种不十分追求飞行性能的机种而言，除了楼上所说的以外，使用圆柱型机体最大的好处就是制造成本比较低，而气动阻力尽管比流线形要大，但也在可接受的范围内。
把你的CAD数模给我，我想计算下你设计的那飞机空气动力性能。最好用IGS文件格式。当然如果有现成的有限元网格文件也行，我的邮箱WXY5401_6@163.COM
呵呵....一群搞逆向的家伙..估计玩具逆向搞多了,都专业到玩具等专业来了...敢问一句楼主是用PRO/E还是UG.......或都什么专业逆向软件呀???军迷别听楼主胡说......大飞机主要考虑内部空间的大小及气动性能比...如果都做成战机样请问快是够快了能载几个人或几辆战车呀....还什么参数几何,非参数几何呢.....国内几个飞机设计用外国的参数化软件呀...用的大部分是北航海尔的设计软件(可能参数也不一定怎么样吧).......顺便提楼主一点参数化在一些地方确实好用但一但用到大型工业设计的时候就惨了...这个楼主该有深刻体会吧!!!
呵呵....一群搞逆向的家伙..估计玩具逆向搞多了,都专业到玩具等专业来了...敢问一句楼主是用PRO/E还是UG.......或都什么专业逆向软件呀???军迷别听楼主胡说......大飞机主要考虑内部空间的大小及气动性能比...如果都做成战机样请问快是够快了能载几个人或几辆战车呀....还什么参数几何,非参数几何呢.....国内几个飞机设计用外国的参数化软件呀...用的大部分是北航海尔的设计软件(可能参数也不一定怎么样吧).......顺便提楼主一点参数化在一些地方确实好用但一但用到大型工业设计的时候就惨了...这个楼主该有深刻体会吧!!!
| 以下是引用tyxk 在第26楼的发言： 呵呵....一群搞逆向的家伙..估计玩具逆向搞多了,都专业到玩具等专业来了...敢问一句楼主是用PRO/E还是UG.......或都什么专业逆向软件呀???军迷别听楼主胡说......大飞机主要考虑内部空间的大小及气动性能比...如果都做成战机样请问快是够快了能载几个人或几辆战车呀....还什么参数几何,非参数几何呢.....国内几个飞机设计用外国的参数化软件呀...用的大部分是北航海尔的设计软件(可能参数也不一定怎么样吧).......顺便提楼主一点参数化在一些地方确实好用但一但用到大型工业设...... |
参数化在遇到复杂的曲线，曲面时半点用处没有。
飞机这样的复杂外形物体的建模，一般都用混合方法，参数化与非参数化齐头并进。
还有一点，你没看全部正文。
不管用什么软件来设计任何物体，有一点是相同的：形状简单，规则的物体是最容易制作的，设计时如此，生产时更如此。
欢迎继续拍砖，把楼主砸倒，砸到灰溜溜不敢回复为止。
注意保密，
谁泄了密，不但害自己，把我也累得会有网特之嫌。
楼主在我帖子里的留言称自己是“一瓶子不满半瓶子咣当”，在拜读楼主的作品之后感觉这也不象啊。如果这也是“半瓶子咣当”的话，这瓶子得多大呀。呵呵。
| 以下是引用无刺的蝎 在第24楼的发言： 把你的CAD数模给我，我想计算下你设计的那飞机空气动力性能。最好用IGS文件格式。当然如果有现成的有限元网格文件也行，我的邮箱WXY5401_6@163.COM |
免了,我那飞机是配合文章需要乱搞的,让你分析了发表出来,我还有没脸再混下去?
| 以下是引用海上重巡203 在第32楼的发言： 楼主在我帖子里的留言称自己是“一瓶子不满半瓶子咣当”，在拜读楼主的作品之后感觉这也不象啊。如果这也是“半瓶子咣当”的话，这瓶子得多大呀。呵呵。 |
正好让你说中了,我上不着天下不接地,比不懂的我就很懂,比懂的我就很不懂,
我就是“一瓶子不满半瓶子咣当”，满瓶不摇的人国家不会让他在这里大肆咣当,他在这里"咣当"够了之后,下一步该在牢里"咣当"了.
而我不同,"咣当"到顶也不会泄什么,实在会有,也是在不自知的情况下无意之作也.
| 以下是引用你是兵哥哥 在第39楼的发言： UFO也是这样设计的原理吧 |
UFO用的不是空气动力学，而是反引力学，也就是依靠反物质引擎产生负万有引力。有了反物质引擎，即使在大气层中、甚至在水里，飞行器外壳都包裹着一层绝对真空层，所以不需要航天飞机、宇宙飞船一类飞行器的耐火层瓦片，而且没有流体摩阻力。
虽然地球人类科学家致力于这方面的研究，但是到目前为止，还没有得到真正可靠的理论和实践依据，一切只是猜测。
另外，UFO可能会依靠亚光速航行和虫洞理论进行星际旅行，从地球到银河系中间只需要几个小时，其中大部时间用来聚集能源。
希望在我生命周期结束之前能看到这样的东西。
楼上说的这些东西虽然跑题,但是我也喜欢,飞机一类的东西,只能让地球人有地球文明,如果地球人要有星际文明,就只能依靠这些现在看来如梦如幻的东西.
大飞机外型的呆板不是因为空气动力方面的不成熟，涉及的方面很多。以客机为例，抛去制造工艺方面的问题，至少先进的空气动力外型有两方面不好解决：
1. 坐仓增压。增压后在高空飞行时需要结构来保证机体的形状，流线的外型通常在结构重量和强度上起反作用。
2. 人员快速撤离。A380的超大客仓实际上解决的最关键的问题就是这个问题，这是个先决条件。而很多先进流体力学设计的客机这个问题解决起来非常困难甚至无法解决。这个功能是为了客机迫降时飞机起火时的考虑。
这个事可以写一个专题。其实即使是战斗机，其设计和制造的限制条件也很多，最终的产品事实上都是权衡和妥协的结果。
如果只考虑空气动力学当然简单啦。可惜即使是自然界也有老鹰和麻雀，而它们也有其各自的生存之道。
有时，想法比较简单的人真的很幸福。
大飞机设计是一项系统工程,机体的形状是整个飞机设计的一部分,而不是全部.在其他技术条件允许的情况下,就要尽可能的利用机体空间.圆柱体正好符合这一要求.如果在其他技术得到提升如发动机,的情况下,机体设计成不同的形状是完全可以的,例如可以设计成更能减少空气阻力的形状等.总之大飞机设计是一个系统工程.其中任何一项设计都要服从总体.而不是总体服从部分.
