重量特性估算要點(diǎn)課件

重量特性估算

飛機(jī)設(shè)計(jì)教研室飛機(jī)總體設(shè)計(jì)第十講重量特性估算飛機(jī)總體設(shè)計(jì)第十講0第十講重量特性估算

10.1飛機(jī)重量分類10.2近似分類重量法10.3統(tǒng)計(jì)分類重量法10.4估算結(jié)果的修正

10.5重心定位與調(diào)整1第十講重量特性估算10.1飛機(jī)重量分類110.1飛機(jī)重量分類不同等級(jí)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(jì)計(jì)算方法估算空機(jī)重量，它只適用于“初始方案”的分析較成熟和更完善的重量估算方法可以分別算出飛機(jī)各部件的重量，然后總加起來(lái)得到空機(jī)重量根據(jù)平面形狀面積、浸濕面積和總重百分?jǐn)?shù)，大致估算出部件重量，可用于檢驗(yàn)用詳細(xì)統(tǒng)計(jì)方法估算的結(jié)果用詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)公式估算各類部件的重量210.1飛機(jī)重量分類不同等級(jí)的重量分析方法210.1飛機(jī)重量分類世界航空發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了重量分類標(biāo)準(zhǔn)（如美國(guó)的MIL-STD-1374），而不同的飛機(jī)公司也常從自己的具體情況出發(fā)進(jìn)行分類在方案設(shè)計(jì)階段，重量報(bào)告只要按“簡(jiǎn)要分類說(shuō)明”分類即可（教材表10.1），其中的空機(jī)重量可以劃分為三種主要類別結(jié)構(gòu)類動(dòng)力裝置類固定設(shè)備類310.1飛機(jī)重量分類世界航空發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了重量分類標(biāo)準(zhǔn)（10.1飛機(jī)重量分類結(jié)構(gòu)重量分類機(jī)身（含座艙蓋）機(jī)翼平尾（含轉(zhuǎn)軸）／前翼立尾（含腹鰭）起落裝置主起落架前起落架／尾輪減速傘系統(tǒng)／著陸攔阻裝置進(jìn)氣道短艙（發(fā)動(dòng)機(jī)裝在機(jī)身里時(shí)，該項(xiàng)屬于機(jī)身）410.1飛機(jī)重量分類結(jié)構(gòu)重量分類410.2近似分類重量法根據(jù)過(guò)去已有飛機(jī)的單位外露面積的重量來(lái)確定機(jī)翼和尾翼的重量根據(jù)機(jī)身的浸濕面積確定機(jī)身重量起落架的重量按其所占起飛總重的百分?jǐn)?shù)來(lái)估算裝機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，是將非裝機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)重量乘以一個(gè)系數(shù)屬于空機(jī)重量剩余項(xiàng)目的全部重量也可用占起飛總重的百分?jǐn)?shù)估算510.2近似分類重量法根據(jù)過(guò)去已有飛機(jī)的單位外露面積的重量項(xiàng)目戰(zhàn)斗機(jī)運(yùn)輸機(jī)和轟炸機(jī)通用航空飛機(jī)相乘系數(shù)近似重心位置Lb/ft2{kg/m2}Lb/ft2{kg/m2}Lb/ft2{kg/m2}機(jī)翼9.0{44}10.0{49}2.5{12}S外露面積40%MAC平尾4.0{20}5.5{27}2.0{10}S外露面積40%MAC垂尾5.3{26}5.5{27}2.0{10}S外露面積40%MAC機(jī)身4.8{23}5.0{24}1.4{7}S浸濕面積40%-50%機(jī)身長(zhǎng)起落架10.0330.0430.057起飛總重海軍:0.045發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)1.31.31.4發(fā)動(dòng)機(jī)重量空機(jī)其余部分0.170.170.10起飛重量40%-50%機(jī)身長(zhǎng)1前起落架占15%，主起落架占85%10.2近似分類重量法6項(xiàng)目戰(zhàn)斗機(jī)運(yùn)輸機(jī)和轟炸機(jī)通用航空飛機(jī)相乘系數(shù)近10.2近似分類重量法可以把重心估算的結(jié)果，與期望的相對(duì)于機(jī)翼氣動(dòng)力中心的重心位置比較尾翼在后的穩(wěn)定飛機(jī)，機(jī)翼的最初位置應(yīng)使飛機(jī)重心位于30%

MAC處；考慮機(jī)身和尾翼的影響后，重心應(yīng)大致在25%MAC處有后尾翼的不穩(wěn)定飛機(jī)，機(jī)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MAC的40%處對(duì)于鴨式飛機(jī)，由于鴨翼下洗對(duì)機(jī)翼的影響，這些經(jīng)驗(yàn)法則很不可靠。對(duì)于帶有計(jì)算飛控系統(tǒng)的操縱型鴨翼(即不穩(wěn)定飛機(jī))，機(jī)翼最初應(yīng)布置在使飛機(jī)重心位于機(jī)翼MAC大約15~20%處710.2近似分類重量法可以把重心估算的結(jié)果，與期望的相對(duì)于10.3統(tǒng)計(jì)分類重量法更加準(zhǔn)確的分類重量估算使用的是用回歸分析方法推導(dǎo)的統(tǒng)計(jì)公式，各大飛機(jī)公司都有自己的公式為了得到用于公式的原始統(tǒng)計(jì)資料，重量工程師們必須盡可能多地收集已有飛機(jī)的分類重量說(shuō)明和詳細(xì)的飛機(jī)藍(lán)圖直到第一架飛機(jī)上天，各項(xiàng)重量的估算才會(huì)有“正確”的答案。一種好的估算方式是采用幾種不同的公式計(jì)算每個(gè)部件的重量，然后取其平均值810.3統(tǒng)計(jì)分類重量法更加準(zhǔn)確的分類重量估算使用的是用回歸10.3統(tǒng)計(jì)分類重量法可選的統(tǒng)計(jì)公式教材P.298-P.301戰(zhàn)斗機(jī)重量估算公式Raymer,D.P.AircraftDesign:AConceptualApproach,3rd,1999.

（89年版的中譯本：《現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)》,1992）戰(zhàn)斗機(jī)／攻擊機(jī)重量估算公式貨機(jī)／旅客機(jī)重量估算公式——英制單位?。ㄔ斠?jiàn)課程網(wǎng)站上的補(bǔ)充材料）

其他資料910.3統(tǒng)計(jì)分類重量法可選的統(tǒng)計(jì)公式910.3統(tǒng)計(jì)分類重量法對(duì)大作業(yè)而言，統(tǒng)計(jì)公式的使用只要求到結(jié)構(gòu)類設(shè)計(jì)起飛總重是估算的重要原始數(shù)據(jù)之一設(shè)計(jì)限制過(guò)載戰(zhàn)斗機(jī)8~9，也有取7.33教練機(jī)和攻擊機(jī)5~6轟炸機(jī)3~4運(yùn)輸機(jī)和貨機(jī)1.5~2.5極限過(guò)載=1.5×設(shè)計(jì)過(guò)載1010.3統(tǒng)計(jì)分類重量法對(duì)大作業(yè)而言，統(tǒng)計(jì)公式的使用只要求到10.3統(tǒng)計(jì)分類重量法著陸極限過(guò)載NlNl=1.5×N起落架起落架過(guò)載N起落架等于所有減震器載荷的平均值除以著陸重量，不同類型飛機(jī)所允許的N起落架典型值見(jiàn)右表飛機(jī)類型N起落架大型轟炸機(jī)2.0~3商用飛機(jī)2.7~3通用航空飛機(jī)3空軍戰(zhàn)斗機(jī)3.0~4海軍戰(zhàn)斗機(jī)5.0~61110.3統(tǒng)計(jì)分類重量法著陸極限過(guò)載Nl飛機(jī)類型N起落架大型10.3統(tǒng)計(jì)分類重量法雜項(xiàng)（通用項(xiàng)目）重量導(dǎo)彈、火箭、航炮座椅儀表衛(wèi)生間攔阻裝置、彈射裝置等（參考教材表10.2及方案中所選的有效載荷實(shí)際重量值）1210.3統(tǒng)計(jì)分類重量法雜項(xiàng)（通用項(xiàng)目）重量1210.3統(tǒng)計(jì)分類重量法估算結(jié)果應(yīng)按照類似于分類表的形式給出，如：如果空機(jī)重量大于預(yù)計(jì)的重量值，則所裝的燃油可能就不足以完成設(shè)計(jì)任務(wù)。此時(shí)必須修改飛機(jī)參數(shù)和尺寸，而不是簡(jiǎn)單地在設(shè)計(jì)起飛總重基礎(chǔ)上增加燃油重量1310.3統(tǒng)計(jì)分類重量法估算結(jié)果應(yīng)按照類似于分類表的形式給出10.4估算結(jié)果的修正上述的統(tǒng)計(jì)公式是基于現(xiàn)有飛機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)，但是采用新穎的飛機(jī)構(gòu)型或者某項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)（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(huì)有較大誤差可以采用“軟糖系數(shù)（Fudgefactor

）”來(lái)修正統(tǒng)計(jì)公式估算的結(jié)果

——軟糖系數(shù)是一個(gè)可改變的常數(shù)，用它乘以估算值，得到正確的結(jié)果1410.4估算結(jié)果的修正上述的統(tǒng)計(jì)公式是基于現(xiàn)有飛機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)種類重量類別“軟糖系數(shù)”(相乘系數(shù))先進(jìn)復(fù)合材料機(jī)翼0.85-0.90尾翼0.83-0.88機(jī)身／短艙0.90-0.95起落架0.95-1.0進(jìn)氣系統(tǒng)0.85-0.90艦載機(jī)機(jī)身和起落架1.2-1.310.4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值15種類重量類別“軟糖系數(shù)”(相乘系數(shù))先進(jìn)復(fù)合材料機(jī)翼0.810.5重心定位與調(diào)整根據(jù)各部件重心到重心基準(zhǔn)（任意參考點(diǎn)）的距離，可計(jì)算出力矩；該力矩的總和除以總重，就可確定出實(shí)際的重心（CG）位置1610.5重心定位與調(diào)整根據(jù)各部件重心到重心基準(zhǔn)（任意參考10.5重心定位與調(diào)整

各部件重心位置估算*機(jī)翼平直翼后掠或三角翼

*這部分?jǐn)?shù)據(jù)取自南京航空航空大學(xué)《飛機(jī)總體設(shè)計(jì)》課件、《民用噴氣飛機(jī)設(shè)計(jì)》及P.7所列之表，而不同的參考資料中的數(shù)據(jù)會(huì)有一定的差異1710.5重心定位與調(diào)整各部件重心位置估算*平直翼后掠或三10.5重心定位與調(diào)整

各部件重心位置估算（續(xù)）平尾／鴨翼／垂尾:

40%MAC*注意三種翼面包含范圍的不同取法1810.5重心定位與調(diào)整各部件重心位置估算（續(xù)）1810.5重心定位與調(diào)整

各部件重心位置估算（續(xù)）機(jī)身噴氣運(yùn)輸機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)翼上：0.42~0.45機(jī)身長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)身后部：0.47~0.50機(jī)身長(zhǎng)戰(zhàn)斗機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)身內(nèi)：0.45機(jī)身長(zhǎng)螺漿單發(fā)拉力式:

0.32~0.35機(jī)身長(zhǎng)推進(jìn)式:0.45~0.48機(jī)身長(zhǎng)螺漿雙發(fā)：拉力式:

0.38~0.40機(jī)身長(zhǎng)推進(jìn)式:0.45~0.48機(jī)身長(zhǎng)1910.5重心定位與調(diào)整各部件重心位置估算（續(xù)）1910.5重心定位與調(diào)整

各部件重心位置估算（續(xù)）起落架如果起落架支柱詳細(xì)位置還未確定，可以取飛機(jī)重心，或者幾何尺寸已知的話，取在機(jī)輪的中心處短艙從短艙頭部算起40%的短艙長(zhǎng)度動(dòng)力裝置由發(fā)動(dòng)機(jī)重心位置來(lái)確定2010.5重心定位與調(diào)整各部件重心位置估算（續(xù)）2010.5重心定位與調(diào)整

各部件重心位置估算（續(xù)）燃油根據(jù)油箱布置的位置、油箱的體積和燃油重量確定

有效載荷（乘客和行李、貨物或武器）根據(jù)有效載荷的布置確定空機(jī)其余部分40~50%機(jī)身長(zhǎng)2110.5重心定位與調(diào)整各部件重心位置估算（續(xù)）2110.5重心定位與調(diào)整飛機(jī)重心位置一般用其與機(jī)翼平均氣動(dòng)弦（MAC）之比來(lái)表示

xA—機(jī)翼MAC的前緣點(diǎn)到重心定位參考坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離bA—機(jī)翼MAC的長(zhǎng)度不同類型飛機(jī)的大致范圍對(duì)直機(jī)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重心定位與調(diào)整飛機(jī)重心位置一般用其與機(jī)翼平均氣動(dòng)10.5重心定位與調(diào)整重心隨飛機(jī)燃油的消耗和武器的投放而變化。根據(jù)飛機(jī)穩(wěn)定性和操縱性分析，規(guī)定重心限制范圍。為了確定飛機(jī)重心是否保持在該范圍之內(nèi)，要繪制“重心包線”機(jī)動(dòng)性高的飛機(jī)的重心位置變化范圍應(yīng)盡量小，通常小于8%MAC；機(jī)動(dòng)性低的飛機(jī)的變化范圍可大一些，通常達(dá)到20%MAC左右2310.5重心定位與調(diào)整重心隨飛機(jī)燃油的消耗和武器的投放而變10.5重心定位與調(diào)整總體布置時(shí)調(diào)整重心的主要措施移動(dòng)重量較重的飛機(jī)固定裝載在重心位置只須少量移動(dòng)就能滿足要求時(shí)，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)情況前移或后移移動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)位置在需要重心調(diào)整量大時(shí)，可以向前或向后移動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；或者只移動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)部分，更改發(fā)動(dòng)機(jī)延伸筒長(zhǎng)度保持尾噴口位置不變

2410.5重心定位與調(diào)整總體布置時(shí)調(diào)整重心的主要措施2410.5重心定位與調(diào)整總體布置時(shí)調(diào)整重心的主要措施（續(xù)）移動(dòng)機(jī)翼前后位置這種方法對(duì)重心位置的