飛機重量與重心計算

1、航空宇航學(xué)院航空宇航學(xué)院飛機總體設(shè)計框架設(shè)計要求 布局型式選擇布局型式選擇 主要參數(shù)計算主要參數(shù)計算 發(fā)動機選擇發(fā)動機選擇部件外形設(shè)計部件外形設(shè)計機身機身 機翼機翼 尾翼尾翼 起落架起落架 進氣道進氣道 總體布局三面圖三面圖部位安排圖部位安排圖結(jié)構(gòu)布置圖結(jié)構(gòu)布置圖 分析計算分析計算重量計算重量計算 氣動計算氣動計算性能計算性能計算 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析 是否滿足是否滿足設(shè)計要求？設(shè)計要求？最優(yōu)最優(yōu)？航空宇航學(xué)院內(nèi)容提要 重量的分組 飛機的過載 飛機結(jié)構(gòu)重量估算 飛機重心的幾個概念 各部件的重心位置估算 全機重量計算和重心定位 飛機重心位置的調(diào)整 飛機重量重心計算報告航空宇航學(xué)院重量的分組 機翼結(jié)構(gòu)

2、 尾翼結(jié)構(gòu) 機身結(jié)構(gòu) 起落裝置 操縱系統(tǒng) 推進系統(tǒng) 固定設(shè)備 不可用燃油 機組乘員 乘客 行李 貨物 軍用裝載 使用燃油空機重量使用空重有效載荷零燃油重量全機重量？ 航空宇航學(xué)院飛機的過載 結(jié)構(gòu)重量與飛機過載有關(guān) 幾種飛機的使用過載： 戰(zhàn)斗機： ny = 8 9 教練機和攻擊機： ny = 5 6 轟炸機： ny = 3 4 運輸機和貨機： ny = 1.5 2.5 最大過載： nmax = 1.5 ny航空宇航學(xué)院機翼結(jié)構(gòu)重量（運輸機） 基本公式以下公式為基本公式只適于起落架可收，發(fā)動機不安裝在機翼上的情況：GGrsbbswWSWtbnbKWsref30. 0max75. 0)/()1 (機

3、翼其中： bref = 1.905 bs為結(jié)構(gòu)展長：2/1cos/bbsS 機翼面積； WG 零燃油重量；nMAX 最大過載系數(shù); tr 根弦最大厚度對于輕型飛機（Wto 5670)：Kw = 4.90 10-3對于運輸飛機（Wto 5670)：Kw = 6.67 10-3航空宇航學(xué)院機翼結(jié)構(gòu)重量（續(xù)） 如機翼上有擾流板和減速板，增加2%； 當機翼安裝2臺或4臺發(fā)動機時，分別減少5%或10%； 如果起落架不安裝在機翼，減少5%； 采用富勒襟翼，增加2%。 討論： bs W機翼 可通過增加翼載來減緩由于bs 帶來的不利因素，故大型飛機通常有較高的翼載From Synthesis of Subso

4、nic Airplane Design ,Torenbeek,1982 航空宇航學(xué)院尾翼結(jié)構(gòu)重量平尾結(jié)構(gòu)重量：915. 028. 0033. 0,584. 0813. 0max)/()/()(034. 0平平平平平尾lctbSnWWArto垂尾結(jié)構(gòu)重量：014. 1484. 04/1363. 01337. 0217. 0726. 0601. 0089. 1365. 0max5 . 0)()1 ()()/1 ()()()()/1(19. 0COSSSlMSnWbZWrHtoh垂垂垂垂垂垂垂其中：S平 平尾面積（ft2)； S垂 垂尾面積（ft2)； l平 平尾尾力臂（ft)； l垂 垂尾尾力臂（

5、ft)； tr,平 平尾根部最大厚度（ft)； b平 平尾展長（ft)； tr,垂 垂尾根部最大厚度（ft)； b垂 垂尾展長（ft)； 航空宇航學(xué)院尾翼結(jié)構(gòu)重量（續(xù)）nMAX 最大過載系數(shù); 1/4 弦線后掠角（度）；垂 垂尾展弦比； 垂 垂尾梯形比；Sr 方向舵面積（ft) ； MH 海平面最大馬赫數(shù)；Wto 起飛重量（磅）； W平、 W垂的單位為磅Zh 定義見圖：From Airplane Design， Part 5 , Roskam.Zh = 0航空宇航學(xué)院機身結(jié)構(gòu)重量Kwf = 0.23VD 設(shè)計俯沖速度（km/h）lt 機翼根弦1/4處至平尾根弦1/4處之間的距離bf 機身最大寬

6、度（m）；SG 機身殼體面積（m)；對于增壓客艙，增加8%；后機身安裝發(fā)動機，增加4%；主起落架在機身上，增加7%；若無主起落架支撐結(jié)構(gòu)，也無機輪艙減少4%；對于貨機，增加10%。2 . 1GhblDWfSVKWfft機身(kg)From Synthesis of Subsonic Airplane Design ,Torenbeek,1982 航空宇航學(xué)院起落裝置重量起落裝置重量包括： 主結(jié)構(gòu)（支柱和撐桿） 機輪、 剎車裝置、 輪胎、 導(dǎo)管和冷氣裝置； 收放機構(gòu)、阻尼器、操縱器件、機輪小車等。toWW04. 0起落裝置From Introduction to Aircraft Design:

7、 Synthesis and Analysis, Kroo航空宇航學(xué)院控制面操縱系統(tǒng)的重量 設(shè)有雙重操縱機構(gòu)的輕型飛機：KSC=0.23 用于手操縱的運輸機和教練機： KSC=0.44 運輸機，動力操縱系統(tǒng)，僅有后緣襟翼： KSC=0.64 有前緣襟翼時，增加20%。)(768. 0)(3/2kgWKWtoSC操縱航空宇航學(xué)院推進系統(tǒng)重量推進系統(tǒng)重量包括： 發(fā)動機 安裝發(fā)動機的結(jié)構(gòu) 短艙 操縱發(fā)動機的附件（起動和控制系統(tǒng)等） 反推力裝置 燃油系統(tǒng)發(fā)動機推進系統(tǒng)WW6 . 1航空宇航學(xué)院固定設(shè)備重量 包括： 輔助動力裝置（APU） 儀表、 導(dǎo)航、 電子設(shè)備 液壓、 冷氣、 電氣 裝飾和設(shè)備 空調(diào)

8、和防冰 其它toWW11. 0固定設(shè)備航空宇航學(xué)院飛機重心的幾個概念、 飛機重心的前、后限 - 中立重心位置 縱向靜穩(wěn)定度為零時的重心位置 - 重心后限位置 * 最低縱向靜穩(wěn)定度由設(shè)計規(guī)范或適航性條例規(guī)定： 運輸機運輸機: 5-10%; : 5-10%; 戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機: 5% : 5% 或為放寬靜或為放寬靜穩(wěn)定 * 應(yīng)保證每增加單位過載桿力增量的最小值不應(yīng)過小 - 重心前限位置 飛機操縱所允許的飛機重心最前的位置 * 著陸時全動水平尾翼應(yīng)有四分之一的備用偏度 * 起飛滑跑時：抬前輪的速度不應(yīng)超過0.85倍的離地速度 * 要求每增加單位過載的桿力增量的最大值不應(yīng)超過4kg (4042%)cA35

9、%半展長航空宇航學(xué)院 飛機重心位置 - 正常使用重心 指飛機在正常飛行過程中，經(jīng)常保持的重心位置。 - 使用重心前限 指飛機在飛行過程中，重心可能的最前位置。 - 使用重心后限 指飛機在飛行過程中，重心可能的最后位置 航空宇航學(xué)院殲-6重心范圍; 起落架放下；起落架收起 航空宇航學(xué)院各部件的重心位置估算 機翼 直機翼 后掠角和三角翼L/20.4L/2(3840%)cA(4042%)cA35%半展長航空宇航學(xué)院各部件的重心位置估算（續(xù)） 平尾 垂尾(4550%)cA38%半展長航空宇航學(xué)院各部件的重心位置估算（續(xù)） 機身 螺漿單發(fā) 拉力式:.32 0.35 L身 推進式: .45 0.48 L身

10、 螺漿雙發(fā)： 拉力式:.38 0.40 L身 推進式: .45 0.48 L身 噴氣運輸機： 發(fā)動機安裝在機翼上：.42 0.45 L身 發(fā)動機安裝在機身后部：.47 0.50 L身 戰(zhàn)斗機： 發(fā)動機安裝在機身內(nèi)：0.45 L身航空宇航學(xué)院各部件的重心位置估算 起落裝置與全機重心重合 動力裝置由發(fā)動機重心位置來確定 固定設(shè)備與全機重心重合 燃油根據(jù)油箱布置的位置計算油箱的體積和重量，燃油密度0.8g/cm3 有效載荷（乘客和行李、 貨物或武器彈藥）由載荷的布置來確定航空宇航學(xué)院全機重量計算和重心定位iiGmgmgxx)()(iiGmgmgyy)()(100AAGGcxxx重心在平均空氣動力翼弦

11、的位置：100sincosAGAAGGcyyxxx100sincosAAGGAGcxxyyy當機翼安裝角較大時重心在平均空氣動力翼弦的位置如下：航空宇航學(xué)院imgx)(img)(imgy)(部件、載重mgx(10Nm)x(m)mg(10N)y(m)mgy(10Nm)第 總 合 結(jié)構(gòu) 機翼 機身 平尾 垂尾 前起落架（收上） 主起落架支柱 動力裝置 中部的發(fā)動機 兩側(cè)的發(fā)動機 中部發(fā)動機短艙 兩側(cè)發(fā)動機短艙 燃油系統(tǒng) 設(shè)備和操縱系統(tǒng) 裝備 飛行員 隨機工程師 服務(wù)員 專用設(shè)備 燃油 第一組 第二組 第三組載重 乘員 行李 飛機質(zhì)心定位細目表 航空宇航學(xué)院飛機重心位置的調(diào)整 調(diào)整裝載：調(diào)整裝載： 移動機翼：移動機翼： %100toi