重量特性估算

1、 飛機設(shè)計教研室飛機設(shè)計教研室飛機總體設(shè)計第十講飛機總體設(shè)計第十講1第十講第十講 重量特性估算重量特性估算 10.1 飛機重量分類飛機重量分類 10.2 近似分類重量法近似分類重量法 10.3 統(tǒng)計分類重量法統(tǒng)計分類重量法 10.4 估算結(jié)果的修正估算結(jié)果的修正 10.5 重心定位與調(diào)整重心定位與調(diào)整210.1 飛機重量分類飛機重量分類v不同等級的重量分析方法不同等級的重量分析方法 在給定起飛重量的條件下，可采用粗略的統(tǒng)計計在給定起飛重量的條件下，可采用粗略的統(tǒng)計計算方法估算空機重量，它只適用于算方法估算空機重量，它只適用于“初始方案初始方案”的分析的分析 較成熟和更完善的重量估算方法可以分別

2、算出飛較成熟和更完善的重量估算方法可以分別算出飛機各部件的重量，然后總加起來得到空機重量機各部件的重量，然后總加起來得到空機重量 根據(jù)平面形狀面積、浸濕面積和總重百分數(shù)，根據(jù)平面形狀面積、浸濕面積和總重百分數(shù)，大致估算出部件重量，可用于檢驗用詳細統(tǒng)計大致估算出部件重量，可用于檢驗用詳細統(tǒng)計方法估算的結(jié)果方法估算的結(jié)果 用詳細的統(tǒng)計公式估算各類部件的重量用詳細的統(tǒng)計公式估算各類部件的重量310.1 飛機重量分類飛機重量分類v世界航空發(fā)達國家都制定了重量分類標準世界航空發(fā)達國家都制定了重量分類標準（如美國的（如美國的MIL-STD-1374 ），而不同的飛），而不同的飛機公司也常從自己的具體情況出

3、發(fā)進行分類機公司也常從自己的具體情況出發(fā)進行分類v在方案設(shè)計階段，重量報告只要按在方案設(shè)計階段，重量報告只要按“簡要分簡要分類說明類說明”分類即可（教材表分類即可（教材表10.1），其中的），其中的空機重量可以劃分為三種主要類別空機重量可以劃分為三種主要類別 結(jié)構(gòu)類結(jié)構(gòu)類 動力裝置類動力裝置類 固定設(shè)備類固定設(shè)備類 410.1 飛機重量分類飛機重量分類v結(jié)構(gòu)重量分類結(jié)構(gòu)重量分類 機身（含座艙蓋）機身（含座艙蓋） 機翼機翼 平尾（含轉(zhuǎn)軸）前翼平尾（含轉(zhuǎn)軸）前翼 立尾（含腹鰭）立尾（含腹鰭） 起落裝置起落裝置 主起落架主起落架 前起落架尾輪前起落架尾輪 減速傘系統(tǒng)著陸攔阻裝置減速傘系統(tǒng)著陸攔阻裝置

4、 進氣道進氣道 短艙（發(fā)動機裝在機身里時，該項屬于機身）短艙（發(fā)動機裝在機身里時，該項屬于機身） 510.2 近似分類重量法近似分類重量法v根據(jù)過去已有飛機的單位外露面積的重量來根據(jù)過去已有飛機的單位外露面積的重量來確定機翼和尾翼的重量確定機翼和尾翼的重量v根據(jù)機身的浸濕面積確定機身重量根據(jù)機身的浸濕面積確定機身重量v起落架的重量按其所占起飛總重的百分數(shù)來起落架的重量按其所占起飛總重的百分數(shù)來估算估算v裝機發(fā)動機的重量，是將非裝機發(fā)動機重量裝機發(fā)動機的重量，是將非裝機發(fā)動機重量乘以一個系數(shù)乘以一個系數(shù)v屬于空機重量剩余項目的全部重量也可用占屬于空機重量剩余項目的全部重量也可用占起飛總重的百分數(shù)

5、估算起飛總重的百分數(shù)估算6項目項目戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機運輸機和運輸機和 轟轟炸機炸機通用航空飛機通用航空飛機相乘系數(shù)相乘系數(shù)近似重心近似重心 位置位置Lb/ft2kg/m2Lb/ft2kg/m2Lb/ft2kg/m2機翼機翼9.04410.0492.512S外露面積外露面積40%MAC平尾平尾4.0205.5272.010S外露面積外露面積40%MAC垂尾垂尾5.3265.5272.010S外露面積外露面積40%MAC機身機身4.8235.0241.47S浸濕面積浸濕面積40%-50% 機身長機身長起落架起落架10.0330.0430.057起飛總重起飛總重海軍海軍: 0.045發(fā)動機裝機發(fā)動機裝機1

6、.31.31.4發(fā)動機重量發(fā)動機重量空機其余部分空機其余部分0.170.170.10起飛重量起飛重量40%-50% 機身長機身長1前起落架占前起落架占15%，主起落架占，主起落架占 85%10.2 近似分類重量法近似分類重量法710.2 近似分類重量法近似分類重量法v可以把重心估算的結(jié)果，與期望的相對于機可以把重心估算的結(jié)果，與期望的相對于機翼氣動力中心的重心位置比較翼氣動力中心的重心位置比較 尾翼在后的穩(wěn)定飛機，機翼的最初位置應(yīng)使飛機重尾翼在后的穩(wěn)定飛機，機翼的最初位置應(yīng)使飛機重心位于心位于30% MAC處；考慮機身和尾翼的影響后，重處；考慮機身和尾翼的影響后，重心應(yīng)大致在心應(yīng)大致在25%

7、MAC處處 有后尾翼的不穩(wěn)定飛機，機翼位置取決于所選擇的有后尾翼的不穩(wěn)定飛機，機翼位置取決于所選擇的不穩(wěn)定水平，通常應(yīng)使重心位于不穩(wěn)定水平，通常應(yīng)使重心位于MAC的的40%處處 對于鴨式飛機，由于鴨翼下洗對機翼的影響，這些對于鴨式飛機，由于鴨翼下洗對機翼的影響，這些經(jīng)驗法則很不可靠。對于帶有計算飛控系統(tǒng)的操縱經(jīng)驗法則很不可靠。對于帶有計算飛控系統(tǒng)的操縱型鴨翼型鴨翼(即不穩(wěn)定飛機即不穩(wěn)定飛機)，機翼最初應(yīng)布置在使飛機重，機翼最初應(yīng)布置在使飛機重心位于機翼心位于機翼MAC大約大約1520%處處810.3 統(tǒng)計分類重量法統(tǒng)計分類重量法v更加準確的分類重量估算使用的是用回歸分更加準確的分類重量估算使用

8、的是用回歸分析方法推導(dǎo)的統(tǒng)計公式，各大飛機公司都有析方法推導(dǎo)的統(tǒng)計公式，各大飛機公司都有自己的公式自己的公式v為了得到用于公式的原始統(tǒng)計資料，重量工為了得到用于公式的原始統(tǒng)計資料，重量工程師們必須盡可能多地收集已有飛機的分類程師們必須盡可能多地收集已有飛機的分類重量說明和詳細的飛機藍圖重量說明和詳細的飛機藍圖v直到第一架飛機上天，各項重量的估算才會直到第一架飛機上天，各項重量的估算才會有有“正確正確”的答案。一種好的估算方式是采的答案。一種好的估算方式是采用幾種不同的公式計算每個部件的重量，然用幾種不同的公式計算每個部件的重量，然后取其平均值后取其平均值910.3 統(tǒng)計分類重量法統(tǒng)計分類重量法

9、v 可選的統(tǒng)計公式可選的統(tǒng)計公式 教材教材P.298-P.301 戰(zhàn)斗機重量估算公式戰(zhàn)斗機重量估算公式 Raymer, D. P. Aircraft Design: A Conceptual Approach, 3rd, 1999. （89年版的中譯本：現(xiàn)代飛機設(shè)計,1992） 戰(zhàn)斗機攻擊機重量估算公式戰(zhàn)斗機攻擊機重量估算公式 貨機旅客機重量估算公式貨機旅客機重量估算公式英制單位！英制單位！（詳見課程網(wǎng)站上的補充材料）（詳見課程網(wǎng)站上的補充材料） 其他資料其他資料1010.3 統(tǒng)計分類重量法統(tǒng)計分類重量法v對大作業(yè)而言，統(tǒng)計公式的使用只要求到對大作業(yè)而言，統(tǒng)計公式的使用只要求到 結(jié)構(gòu)類結(jié)構(gòu)類v

10、設(shè)計起飛總重是估算的重要原始數(shù)據(jù)之一設(shè)計起飛總重是估算的重要原始數(shù)據(jù)之一v設(shè)計限制過載設(shè)計限制過載戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機 89，也有取，也有取7.33教練機和攻擊機教練機和攻擊機 56轟炸機轟炸機 34運輸機和貨機運輸機和貨機 1.52.5v極限過載極限過載=1.5 設(shè)計過載設(shè)計過載1110.3 統(tǒng)計分類重量法統(tǒng)計分類重量法v著陸極限過載著陸極限過載Nl Nl = 1.5 N起落架起落架 起落架過載起落架過載N起落架起落架等于等于所有減震器載荷的平所有減震器載荷的平均值除以著陸重量，均值除以著陸重量，不同類型飛機所允許不同類型飛機所允許的的N起落架起落架典型值見右表典型值見右表飛機類型飛機類型N起落架起

11、落架大型轟炸機大型轟炸機2.03商用飛機商用飛機2.73通用航空飛機通用航空飛機3空軍戰(zhàn)斗機空軍戰(zhàn)斗機3.04海軍戰(zhàn)斗機海軍戰(zhàn)斗機5.061210.3 統(tǒng)計分類重量法統(tǒng)計分類重量法v 雜項（通用項目）重量雜項（通用項目）重量 導(dǎo)彈、火箭、航炮導(dǎo)彈、火箭、航炮 座椅座椅 儀表儀表 衛(wèi)生間衛(wèi)生間 攔阻裝置、彈射裝置等攔阻裝置、彈射裝置等（參考教材表（參考教材表10.2及方案中所選的有效載荷實際重量值）及方案中所選的有效載荷實際重量值）1310.3 統(tǒng)計分類重量法統(tǒng)計分類重量法v估算結(jié)果應(yīng)按照類似于分類表的形式給出，如：估算結(jié)果應(yīng)按照類似于分類表的形式給出，如：v如果空機重量大于預(yù)計的重量值，則所裝

12、的燃油如果空機重量大于預(yù)計的重量值，則所裝的燃油可能就不足以完成設(shè)計任務(wù)。此時必須修改飛機可能就不足以完成設(shè)計任務(wù)。此時必須修改飛機參數(shù)和尺寸，而不是簡單地在設(shè)計起飛總重基礎(chǔ)參數(shù)和尺寸，而不是簡單地在設(shè)計起飛總重基礎(chǔ)上增加燃油重量上增加燃油重量1410.4 估算結(jié)果的修正估算結(jié)果的修正v上述的統(tǒng)計公式是基于現(xiàn)有飛機的數(shù)據(jù)庫，上述的統(tǒng)計公式是基于現(xiàn)有飛機的數(shù)據(jù)庫，但是采用新穎的飛機構(gòu)型或者某項先進技術(shù)但是采用新穎的飛機構(gòu)型或者某項先進技術(shù)（復(fù)合材料結(jié)構(gòu)）的情況下，如果仍采用上（復(fù)合材料結(jié)構(gòu)）的情況下，如果仍采用上述的公式或相類似的公式，就會有較大誤差述的公式或相類似的公式，就會有較大誤差v可以采

13、用可以采用“軟糖系數(shù)（軟糖系數(shù)（ Fudge factor ）”來來修正統(tǒng)計公式估算的結(jié)果修正統(tǒng)計公式估算的結(jié)果 軟糖系數(shù)是一個可改變的常數(shù)，用它乘軟糖系數(shù)是一個可改變的常數(shù)，用它乘以估算值，得到正確的結(jié)果以估算值，得到正確的結(jié)果15種類種類重量類別重量類別“軟糖系數(shù)軟糖系數(shù)” (相乘系相乘系數(shù)數(shù))先進復(fù)合材料先進復(fù)合材料機翼機翼0.85-0.90尾翼尾翼0.83-0.88機身短艙機身短艙0.90-0.95起落架起落架0.95-1.0進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)0.85-0.90艦載機艦載機機身和起落架機身和起落架1.2-1.310.4 估算結(jié)果的修正估算結(jié)果的修正注意：表中列出的系數(shù)可僅僅看成粗略的近似

14、值注意：表中列出的系數(shù)可僅僅看成粗略的近似值1610.5 重心定位與調(diào)整重心定位與調(diào)整v 根據(jù)各部件重心到重心基準（任意參考點）的距根據(jù)各部件重心到重心基準（任意參考點）的距離，可計算出力矩；該力矩的總和除以總重，就離，可計算出力矩；該力矩的總和除以總重，就可確定出實際的重心（可確定出實際的重心（CG）位置）位置 iizxim xxm1710.5 重心定位與調(diào)整重心定位與調(diào)整v 各部件重心位置估算各部件重心位置估算* 機翼機翼平直翼平直翼后掠或三角翼后掠或三角翼 *這部分數(shù)據(jù)取自南京航空航空大學(xué)這部分數(shù)據(jù)取自南京航空航空大學(xué)飛機總體設(shè)計飛機總體設(shè)計課件、課件、民用噴氣飛機設(shè)計民用噴氣飛機設(shè)計及

15、及P.7所列之表，而不同的參考資料中的數(shù)所列之表，而不同的參考資料中的數(shù)據(jù)會有一定的差異據(jù)會有一定的差異1810.5 重心定位與調(diào)整重心定位與調(diào)整v 各部件重心位置估算（續(xù)）各部件重心位置估算（續(xù)） 平尾鴨翼垂尾平尾鴨翼垂尾: 40%MAC * 注意三種翼面包含范圍的不同取法注意三種翼面包含范圍的不同取法 1910.5 重心定位與調(diào)整重心定位與調(diào)整v 各部件重心位置估算（續(xù)）各部件重心位置估算（續(xù)） 機身機身 噴氣運輸機：噴氣運輸機：發(fā)動機安裝在機翼上：發(fā)動機安裝在機翼上：0.42 0.45機身長機身長發(fā)動機安裝在機身后部：發(fā)動機安裝在機身后部：0.47 0.50機身長機身長 戰(zhàn)斗機：戰(zhàn)斗機：

16、發(fā)動機安裝在機身內(nèi)：發(fā)動機安裝在機身內(nèi)：0.45機身長機身長 螺漿單發(fā)螺漿單發(fā)拉力式拉力式:0.32 0.35機身長機身長推進式推進式: 0.45 0.48機身長機身長 螺漿雙發(fā)：螺漿雙發(fā)：拉力式拉力式:0.38 0.40機身長機身長推進式推進式: 0.45 0.48機身長機身長2010.5 重心定位與調(diào)整重心定位與調(diào)整v 各部件重心位置估算（續(xù)）各部件重心位置估算（續(xù)） 起落架起落架 如果起落架支柱詳細位置還未確定，可以取如果起落架支柱詳細位置還未確定，可以取飛機重心，或者幾何尺寸已知的話，取在機飛機重心，或者幾何尺寸已知的話，取在機輪的中心處輪的中心處 短艙短艙 從短艙頭部算起從短艙頭部算

17、起40%的短艙長度的短艙長度 動力裝置動力裝置 由發(fā)動機重心位置來確定由發(fā)動機重心位置來確定2110.5 重心定位與調(diào)整重心定位與調(diào)整v 各部件重心位置估算（續(xù)）各部件重心位置估算（續(xù)） 燃油燃油 根據(jù)油箱布置的位置、油箱的體積和燃油重根據(jù)油箱布置的位置、油箱的體積和燃油重量確定量確定 有效載荷（乘客和行李、有效載荷（乘客和行李、 貨物或武器）貨物或武器） 根據(jù)有效載荷的布置確定根據(jù)有效載荷的布置確定 空機其余部分空機其余部分 4050%機身長機身長2210.5 重心定位與調(diào)整重心定位與調(diào)整v 飛機重心位置一般用其與機翼平均氣動弦（飛機重心位置一般用其與機翼平均氣動弦（MAC）之比來表示之比來

18、表示 xA機翼機翼MAC的前緣點到重心定位參考坐標系原點的距離的前緣點到重心定位參考坐標系原點的距離 bA機翼機翼MAC的長度的長度v 不同類型飛機的大致范圍不同類型飛機的大致范圍 對直機翼對直機翼 0.200.25 后掠角后掠角3040 0.260.30 后掠角后掠角4050 0.300.34 小展弦比三角翼小展弦比三角翼 0.320.36100%zxzxAAxxxb2310.5 重心定位與調(diào)整重心定位與調(diào)整v重心隨飛機燃油的消耗和武器的投放而變化。根據(jù)重心隨飛機燃油的消耗和武器的投放而變化。根據(jù)飛機穩(wěn)定性和操縱性分析，規(guī)定重心限制范圍。為飛機穩(wěn)定性和操縱性分析，規(guī)定重心限制范圍。為了確定飛

19、機重心是否保持在該范圍之內(nèi)，要繪制了確定飛機重心是否保持在該范圍之內(nèi)，要繪制“重心包線重心包線” v機動性高的飛機的重心機動性高的飛機的重心 位置變化范圍應(yīng)盡量小，位置變化范圍應(yīng)盡量小， 通常小于通常小于8%MAC； 機動性低的飛機的變化機動性低的飛機的變化 范圍可大一些，通常達范圍可大一些，通常達 到到20%MAC左右左右2410.5 重心定位與調(diào)整重心定位與調(diào)整v 總體布置時調(diào)整重心的主要措施總體布置時調(diào)整重心的主要措施移動重量較重的飛機固定裝載移動重量較重的飛機固定裝載在重心位置只須少量移動就能滿足要求時，可以在基在重心位置只須少量移動就能滿足要求時，可以在基本不影響布置合理性的情況下，將較重的設(shè)備根據(jù)