第十講重量特性估算

第十講重量特性估算第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二第十講重量特性估算

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

10.5重心定位與調(diào)整2第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.1飛機重量分類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)計計算方法估算空機重量，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)，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)果用詳細的統(tǒng)計公式估算各類部件的重量3第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.1飛機重量分類世界航空發(fā)達國家都制定了重量分類標準（如美國的MIL-STD-1374），而不同的飛機公司也常從自己的具體情況出發(fā)進行分類在方案設(shè)計階段，重量報告只要按“簡要分類說明”分類即可（教材表10.1），其中的空機重量可以劃分為三種主要類別結(jié)構(gòu)類動力裝置類固定設(shè)備類4第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.1飛機重量分類結(jié)構(gòu)重量分類機身（含座艙蓋）機翼平尾（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)／著陸攔阻裝置進氣道短艙（發(fā)動機裝在機身里時，該項屬于機身）5第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.2近似分類重量法根據(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根據(jù)機身的浸濕面積確定機身重量起落架的重量按其所占起飛總重的百分數(shù)來估算裝機發(fā)動機的重量，是將非裝機發(fā)動機重量乘以一個系數(shù)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)估算6第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二項目戰(zhàn)斗機運輸機和轟炸機通用航空飛機相乘系數(shù)近似重心位置Lb/ft2{kg/m2}Lb/ft2{kg/m2}Lb/ft2{kg/m2}機翼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機身4.8{23}5.0{24}1.4{7}S浸濕面積40%-50%機身長起落架10.0330.0430.057起飛總重海軍:0.045發(fā)動機裝機1.31.31.4發(fā)動機重量空機其余部分0.170.170.10起飛重量40%-50%機身長1前起落架占15%，主起落架占85%10.2近似分類重量法7第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.2近似分類重量法可以把重心估算的結(jié)果，與期望的相對于機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)使飛機重心位于30%

MAC處；考慮機身和尾翼的影響后，重心應(yīng)大致在25%MAC處有后尾翼的不穩(wěn)定飛機，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MAC的40%處對于鴨式飛機，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)的操縱型鴨翼(即不穩(wěn)定飛機)，機翼最初應(yīng)布置在使飛機重心位于機翼MAC大約15~20%處8第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.3統(tǒng)計分類重量法更加準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)計公式，各大飛機公司都有自己的公式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重量說明和詳細的飛機藍圖直到第一架飛機上天，各項重量的估算才會有“正確”的答案。一種好的估算方式是采用幾種不同的公式計算每個部件的重量，然后取其平均值9第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.3統(tǒng)計分類重量法可選的統(tǒng)計公式教材P.298-P.301戰(zhàn)斗機重量估算公式Raymer,D.P.AircraftDesign:AConceptualApproach,3rd,1999.

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

其他資料10第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.3統(tǒng)計分類重量法對大作業(yè)而言，統(tǒng)計公式的使用只要求到結(jié)構(gòu)類設(shè)計起飛總重是估算的重要原始數(shù)據(jù)之一設(shè)計限制過載戰(zhàn)斗機8~9，也有取7.33教練機和攻擊機5~6轟炸機3~4運輸機和貨機1.5~2.5極限過載=1.5×設(shè)計過載11第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.3統(tǒng)計分類重量法著陸極限過載NlNl=1.5×N起落架起落架過載N起落架等于所有減震器載荷的平均值除以著陸重量，不同類型飛機所允許的N起落架典型值見右表飛機類型N起落架大型轟炸機2.0~3商用飛機2.7~3通用航空飛機3空軍戰(zhàn)斗機3.0~4海軍戰(zhàn)斗機5.0~612第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.3統(tǒng)計分類重量法雜項（通用項目）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際重量值）13第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.3統(tǒng)計分類重量法估算結(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14第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.4估算結(jié)果的修正上述的統(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)（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，就會有較大誤差可以采用“軟糖系數(shù)（Fudgefactor

）”來修正統(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)，用它乘以估算值，得到正確的結(jié)果15第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二種類重量類別“軟糖系數(shù)”(相乘系數(shù))先進復(fù)合材料機翼0.85-0.90尾翼0.83-0.88機身／短艙0.90-0.95起落架0.95-1.0進氣系統(tǒng)0.85-0.90艦載機機身和起落架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16第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.5重心定位與調(diào)整根據(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，就可確定出實際的重心（CG）位置17第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.5重心定位與調(diào)整

各部件重心位置估算*機翼平直翼后掠或三角翼

*這部分數(shù)據(jù)取自南京航空航空大學(xué)《飛機總體設(shè)計》課件、《民用噴氣飛機設(shè)計》及P.7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18第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.5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19第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.5重心定位與調(diào)整各部件重心位置估算（續(xù)）機身噴氣運輸機：發(fā)動機安裝在機翼上：0.42~0.45機身長發(fā)動機安裝在機身后部：0.47~0.50機身長戰(zhàn)斗機：發(fā)動機安裝在機身內(nèi)：0.45機身長螺漿單發(fā)拉力式:

0.32~0.35機身長推進式:0.45~0.48機身長螺漿雙發(fā)：拉力式:

0.38~0.40機身長推進式:0.45~0.48機身長20第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.5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，取在機輪的中心處短艙從短艙頭部算起40%的短艙長度動力裝置由發(fā)動機重心位置來確定21第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.5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其余部分40~50%機身長22第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.5重心定位與調(diào)整飛機重心位置一般用其與機翼平均氣動弦（MAC）之比來表示

xA—機翼MAC的前緣點到重心定位參考坐標系原點的距離bA—機翼MAC的長度不同類型飛機的大致范圍對直機翼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0.32~0.3623第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.5重心定位與調(diào)整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”機動性高的飛機的重心位置變化范圍應(yīng)盡量小，通常小于8%MAC；機動性低的飛機的變化范圍可大一些，通常達到20%MAC左右24第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.5重心定位與調(diào)整總體布置時調(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)情況前移或后移移動發(fā)動機位置在需要重心調(diào)整量大時，可以向前或向后移動發(fā)動機；或者只移動發(fā)動機主機部分，更改發(fā)動機延伸筒長度保持尾噴口位置不變

25第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二10.5重心定位與調(diào)整總體布置時調(diào)整重心的主要措施（續(xù)）移動機翼前后位置這種方法對重心位置的影響最大，將涉及機身與機翼的對接框、尾翼的安裝、燃油箱的布置等，一般只在方