重量特性估算要点课件

重量特性估算

飞机设计教研室飞机总体设计第十讲重量特性估算飞机总体设计第十讲0第十讲重量特性估算

10.1飞机重量分类10.2近似分类重量法10.3统计分类重量法10.4估算结果的修正

10.5重心定位与调整1第十讲重量特性估算10.1飞机重量分类110.1飞机重量分类不同等级的重量分析方法在给定起飞重量的条件下，可采用粗略的统计计算方法估算空机重量，它只适用于“初始方案”的分析较成熟和更完善的重量估算方法可以分别算出飞机各部件的重量，然后总加起来得到空机重量根据平面形状面积、浸湿面积和总重百分数，大致估算出部件重量，可用于检验用详细统计方法估算的结果用详细的统计公式估算各类部件的重量210.1飞机重量分类不同等级的重量分析方法210.1飞机重量分类世界航空发达国家都制定了重量分类标准（如美国的MIL-STD-1374），而不同的飞机公司也常从自己的具体情况出发进行分类在方案设计阶段，重量报告只要按“简要分类说明”分类即可（教材表10.1），其中的空机重量可以划分为三种主要类别结构类动力装置类固定设备类310.1飞机重量分类世界航空发达国家都制定了重量分类标准（10.1飞机重量分类结构重量分类机身（含座舱盖）机翼平尾（含转轴）／前翼立尾（含腹鳍）起落装置主起落架前起落架／尾轮减速伞系统／着陆拦阻装置进气道短舱（发动机装在机身里时，该项属于机身）410.1飞机重量分类结构重量分类410.2近似分类重量法根据过去已有飞机的单位外露面积的重量来确定机翼和尾翼的重量根据机身的浸湿面积确定机身重量起落架的重量按其所占起飞总重的百分数来估算装机发动机的重量，是将非装机发动机重量乘以一个系数属于空机重量剩余项目的全部重量也可用占起飞总重的百分数估算510.2近似分类重量法根据过去已有飞机的单位外露面积的重量项目战斗机运输机和轰炸机通用航空飞机相乘系数近似重心位置Lb/ft2{kg/m2}Lb/ft2{kg/m2}Lb/ft2{kg/m2}机翼9.0{44}10.0{49}2.5{12}S外露面积40%MAC平尾4.0{20}5.5{27}2.0{10}S外露面积40%MAC垂尾5.3{26}5.5{27}2.0{10}S外露面积40%MAC机身4.8{23}5.0{24}1.4{7}S浸湿面积40%-50%机身长起落架10.0330.0430.057起飞总重海军:0.045发动机装机1.31.31.4发动机重量空机其余部分0.170.170.10起飞重量40%-50%机身长1前起落架占15%，主起落架占85%10.2近似分类重量法6项目战斗机运输机和轰炸机通用航空飞机相乘系数近10.2近似分类重量法可以把重心估算的结果，与期望的相对于机翼气动力中心的重心位置比较尾翼在后的稳定飞机，机翼的最初位置应使飞机重心位于30%

MAC处；考虑机身和尾翼的影响后，重心应大致在25%MAC处有后尾翼的不稳定飞机，机翼位置取决于所选择的不稳定水平，通常应使重心位于MAC的40%处对于鸭式飞机，由于鸭翼下洗对机翼的影响，这些经验法则很不可靠。对于带有计算飞控系统的操纵型鸭翼(即不稳定飞机)，机翼最初应布置在使飞机重心位于机翼MAC大约15~20%处710.2近似分类重量法可以把重心估算的结果，与期望的相对于10.3统计分类重量法更加准确的分类重量估算使用的是用回归分析方法推导的统计公式，各大飞机公司都有自己的公式为了得到用于公式的原始统计资料，重量工程师们必须尽可能多地收集已有飞机的分类重量说明和详细的飞机蓝图直到第一架飞机上天，各项重量的估算才会有“正确”的答案。一种好的估算方式是采用几种不同的公式计算每个部件的重量，然后取其平均值810.3统计分类重量法更加准确的分类重量估算使用的是用回归10.3统计分类重量法可选的统计公式教材P.298-P.301战斗机重量估算公式Raymer,D.P.AircraftDesign:AConceptualApproach,3rd,1999.

（89年版的中译本：《现代飞机设计》,1992）战斗机／攻击机重量估算公式货机／旅客机重量估算公式——英制单位！（详见课程网站上的补充材料）

其他资料910.3统计分类重量法可选的统计公式910.3统计分类重量法对大作业而言，统计公式的使用只要求到结构类设计起飞总重是估算的重要原始数据之一设计限制过载战斗机8~9，也有取7.33教练机和攻击机5~6轰炸机3~4运输机和货机1.5~2.5极限过载=1.5×设计过载1010.3统计分类重量法对大作业而言，统计公式的使用只要求到10.3统计分类重量法着陆极限过载NlNl=1.5×N起落架起落架过载N起落架等于所有减震器载荷的平均值除以着陆重量，不同类型飞机所允许的N起落架典型值见右表飞机类型N起落架大型轰炸机2.0~3商用飞机2.7~3通用航空飞机3空军战斗机3.0~4海军战斗机5.0~61110.3统计分类重量法着陆极限过载Nl飞机类型N起落架大型10.3统计分类重量法杂项（通用项目）重量导弹、火箭、航炮座椅仪表卫生间拦阻装置、弹射装置等（参考教材表10.2及方案中所选的有效载荷实际重量值）1210.3统计分类重量法杂项（通用项目）重量1210.3统计分类重量法估算结果应按照类似于分类表的形式给出，如：如果空机重量大于预计的重量值，则所装的燃油可能就不足以完成设计任务。此时必须修改飞机参数和尺寸，而不是简单地在设计起飞总重基础上增加燃油重量1310.3统计分类重量法估算结果应按照类似于分类表的形式给出10.4估算结果的修正上述的统计公式是基于现有飞机的数据库，但是采用新颖的飞机构型或者某项先进技术（复合材料结构）的情况下，如果仍采用上述的公式或相类似的公式，就会有较大误差可以采用“软糖系数（Fudgefactor

）”来修正统计公式估算的结果

——软糖系数是一个可改变的常数，用它乘以估算值，得到正确的结果1410.4估算结果的修正上述的统计公式是基于现有飞机的数据库种类重量类别“软糖系数”(相乘系数)先进复合材料机翼0.85-0.90尾翼0.83-0.88机身／短舱0.90-0.95起落架0.95-1.0进气系统0.85-0.90舰载机机身和起落架1.2-1.310.4估算结果的修正注意：表中列出的系数可仅仅看成粗略的近似值15种类重量类别“软糖系数”(相乘系数)先进复合材料机翼0.810.5重心定位与调整根据各部件重心到重心基准（任意参考点）的距离，可计算出力矩；该力矩的总和除以总重，就可确定出实际的重心（CG）位置1610.5重心定位与调整根据各部件重心到重心基准（任意参考10.5重心定位与调整

各部件重心位置估算*机翼平直翼后掠或三角翼

*这部分数据取自南京航空航空大学《飞机总体设计》课件、《民用喷气飞机设计》及P.7所列之表，而不同的参考资料中的数据会有一定的差异1710.5重心定位与调整各部件重心位置估算*平直翼后掠或三10.5重心定位与调整

各部件重心位置估算（续）平尾／鸭翼／垂尾:

40%MAC*注意三种翼面包含范围的不同取法1810.5重心定位与调整各部件重心位置估算（续）1810.5重心定位与调整

各部件重心位置估算（续）机身喷气运输机：发动机安装在机翼上：0.42~0.45机身长发动机安装在机身后部：0.47~0.50机身长战斗机：发动机安装在机身内：0.45机身长螺浆单发拉力式:

0.32~0.35机身长推进式:0.45~0.48机身长螺浆双发：拉力式:

0.38~0.40机身长推进式:0.45~0.48机身长1910.5重心定位与调整各部件重心位置估算（续）1910.5重心定位与调整

各部件重心位置估算（续）起落架如果起落架支柱详细位置还未确定，可以取飞机重心，或者几何尺寸已知的话，取在机轮的中心处短舱从短舱头部算起40%的短舱长度动力装置由发动机重心位置来确定2010.5重心定位与调整各部件重心位置估算（续）2010.5重心定位与调整

各部件重心位置估算（续）燃油根据油箱布置的位置、油箱的体积和燃油重量确定

有效载荷（乘客和行李、货物或武器）根据有效载荷的布置确定空机其余部分40~50%机身长2110.5重心定位与调整各部件重心位置估算（续）2110.5重心定位与调整飞机重心位置一般用其与机翼平均气动弦（MAC）之比来表示

xA—机翼MAC的前缘点到重心定位参考坐标系原点的距离bA—机翼MAC的长度不同类型飞机的大致范围对直机翼0.20~0.25后掠角30°~40°0.26~0.30后掠角40°~50°0.30~0.34小展弦比三角翼0.32~0.362210.5重心定位与调整飞机重心位置一般用其与机翼平均气动10.5重心定位与调整重心随飞机燃油的消耗和武器的投放而变化。根据飞机稳定性和操纵性分析，规定重心限制范围。为了确定飞机重心是否保持在该范围之内，要绘制“重心包线”机动性高的飞机的重心位置变化范围应尽量小，通常小于8%MAC；机动性低的飞机的变化范围可大一些，通常达到20%MAC左右2310.5重心定位与调整重心随飞机燃油的消耗和武器的投放而变10.5重心定位与调整总体布置时调整重心的主要措施移动重量较重的飞机固定装载在重心位置只须少量移动就能满足要求时，可以在基本不影响布置合理性的情况下，将较重的设备根据情况前移或后移移动发动机位置在需要重心调整量大时，可以向前或向后移动发动机；或者只移动发动机主机部分，更改发动机延伸筒长度保持尾喷口位置不变

2410.5重心定位与调整总体布置时调整重心的主要措施2410.5重心定位与调整总体布置时调整重心的主要措施（续）移动机翼前后位置这种方法对重心位置的