1、 飞机设计教研室飞机设计教研室飞机总体设计第十讲飞机总体设计第十讲1第十讲第十讲 重量特性估算重量特性估算 10.1 飞机重量分类飞机重量分类 10.2 近似分类重量法近似分类重量法 10.3 统计分类重量法统计分类重量法 10.4 估算结果的修正估算结果的修正 10.5 重心定位与调整重心定位与调整210.1 飞机重量分类飞机重量分类v不同等级的重量分析方法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，它只适用于算方法估算空机重量，它只适用于“初始方案初始方案”的分析的分析 较成熟和更完善的重量估算方法可以分别
2、算出飞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，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方法估算的结果 用详细的统计公式估算各类部件的重量用详细的统计公式估算各类部件的重量310.1 飞机重量分类飞机重量分类v世界航空发达国家都制定了重量分类标准世界航空发达国家都制定了重量分类标准（如美国的（如美国的MIL-STD-1374 ），而不同的飞），而不同的飞机公司也常从自己的具体情况出
3、发进行分类机公司也常从自己的具体情况出发进行分类v在方案设计阶段，重量报告只要按在方案设计阶段，重量报告只要按“简要分简要分类说明类说明”分类即可（教材表分类即可（教材表10.1），其中的），其中的空机重量可以划分为三种主要类别空机重量可以划分为三种主要类别 结构类结构类 动力装置类动力装置类 固定设备类固定设备类 410.1 飞机重量分类飞机重量分类v结构重量分类结构重量分类 机身（含座舱盖）机身（含座舱盖） 机翼机翼 平尾（含转轴）前翼平尾（含转轴）前翼 立尾（含腹鳍）立尾（含腹鳍） 起落装置起落装置 主起落架主起落架 前起落架尾轮前起落架尾轮 减速伞系统着陆拦阻装置减速伞系统着陆拦阻装置
4、 进气道进气道 短舱（发动机装在机身里时，该项属于机身）短舱（发动机装在机身里时，该项属于机身） 510.2 近似分类重量法近似分类重量法v根据过去已有飞机的单位外露面积的重量来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确定机翼和尾翼的重量v根据机身的浸湿面积确定机身重量根据机身的浸湿面积确定机身重量v起落架的重量按其所占起飞总重的百分数来起落架的重量按其所占起飞总重的百分数来估算估算v装机发动机的重量，是将非装机发动机重量装机发动机的重量，是将非装机发动机重量乘以一个系数乘以一个系数v属于空机重量剩余项目的全部重量也可用占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
5、估算起飞总重的百分数估算6项目项目战斗机战斗机运输机和运输机和 轰轰炸机炸机通用航空飞机通用航空飞机相乘系数相乘系数近似重心近似重心 位置位置Lb/ft2kg/m2Lb/ft2kg/m2Lb/ft2kg/m2机翼机翼9.04410.0492.512S外露面积外露面积40%MAC平尾平尾4.0205.5272.010S外露面积外露面积40%MAC垂尾垂尾5.3265.5272.010S外露面积外露面积40%MAC机身机身4.8235.0241.47S浸湿面积浸湿面积40%-50% 机身长机身长起落架起落架10.0330.0430.057起飞总重起飞总重海军海军: 0.045发动机装机发动机装机1
6、.31.31.4发动机重量发动机重量空机其余部分空机其余部分0.170.170.10起飞重量起飞重量40%-50% 机身长机身长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 近似分类重量法近似分类重量法710.2 近似分类重量法近似分类重量法v可以把重心估算的结果，与期望的相对于机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尾翼在后的稳定飞机，机翼的最初位置应使飞机重心位于心位于30% MAC处；考虑机身和尾翼的影响后，重处；考虑机身和尾翼的影响后，重心应大致在心应大致在25%
7、MAC处处 有后尾翼的不稳定飞机，机翼位置取决于所选择的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，通常应使重心位于不稳定水平，通常应使重心位于MAC的的40%处处 对于鸭式飞机，由于鸭翼下洗对机翼的影响，这些对于鸭式飞机，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经验法则很不可靠。对于带有计算飞控系统的操纵型鸭翼型鸭翼(即不稳定飞机即不稳定飞机)，机翼最初应布置在使飞机重，机翼最初应布置在使飞机重心位于机翼心位于机翼MAC大约大约1520%处处810.3 统计分类重量法统计分类重量法v更加准确的分类重量估算使用的是用回归分更加准确的分类重量估算使用
8、的是用回归分析方法推导的统计公式，各大飞机公司都有析方法推导的统计公式，各大飞机公司都有自己的公式自己的公式v为了得到用于公式的原始统计资料，重量工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重量说明和详细的飞机蓝图v直到第一架飞机上天，各项重量的估算才会直到第一架飞机上天，各项重量的估算才会有有“正确正确”的答案。一种好的估算方式是采的答案。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，然用几种不同的公式计算每个部件的重量，然后取其平均值后取其平均值910.3 统计分类重量法统计分类重量法
9、v 可选的统计公式可选的统计公式 教材教材P.298-P.301 战斗机重量估算公式战斗机重量估算公式 Raymer, D. P. Aircraft Design: A Conceptual Approach, 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战斗机攻击机重量估算公式 货机旅客机重量估算公式货机旅客机重量估算公式英制单位！英制单位！（详见课程网站上的补充材料）（详见课程网站上的补充材料） 其他资料其他资料1010.3 统计分类重量法统计分类重量法v对大作业而言，统计公式的使用只要求到对大作业而言，统计公式的使用只要求到 结构类结构类v
10、设计起飞总重是估算的重要原始数据之一设计起飞总重是估算的重要原始数据之一v设计限制过载设计限制过载战斗机战斗机 89，也有取，也有取7.33教练机和攻击机教练机和攻击机 56轰炸机轰炸机 34运输机和货机运输机和货机 1.52.5v极限过载极限过载=1.5 设计过载设计过载1110.3 统计分类重量法统计分类重量法v着陆极限过载着陆极限过载Nl Nl = 1.5 N起落架起落架 起落架过载起落架过载N起落架起落架等于等于所有减震器载荷的平所有减震器载荷的平均值除以着陆重量，均值除以着陆重量，不同类型飞机所允许不同类型飞机所允许的的N起落架起落架典型值见右表典型值见右表飞机类型飞机类型N起落架起
11、落架大型轰炸机大型轰炸机2.03商用飞机商用飞机2.73通用航空飞机通用航空飞机3空军战斗机空军战斗机3.04海军战斗机海军战斗机5.061210.3 统计分类重量法统计分类重量法v 杂项（通用项目）重量杂项（通用项目）重量 导弹、火箭、航炮导弹、火箭、航炮 座椅座椅 仪表仪表 卫生间卫生间 拦阻装置、弹射装置等拦阻装置、弹射装置等（参考教材表（参考教材表10.2及方案中所选的有效载荷实际重量值）及方案中所选的有效载荷实际重量值）1310.3 统计分类重量法统计分类重量法v估算结果应按照类似于分类表的形式给出，如：估算结果应按照类似于分类表的形式给出，如：v如果空机重量大于预计的重量值，则所装
12、的燃油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上增加燃油重量1410.4 估算结果的修正估算结果的修正v上述的统计公式是基于现有飞机的数据库，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（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，就会有较大误差述的公式或相类似的公式，就会有较大误差v可以采
13、用可以采用“软糖系数（软糖系数（ Fudge factor ）”来来修正统计公式估算的结果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，得到正确的结果以估算值，得到正确的结果15种类种类重量类别重量类别“软糖系数软糖系数” (相乘系相乘系数数)先进复合材料先进复合材料机翼机翼0.85-0.90尾翼尾翼0.83-0.88机身短舱机身短舱0.90-0.95起落架起落架0.95-1.0进气系统进气系统0.85-0.90舰载机舰载机机身和起落架机身和起落架1.2-1.310.4 估算结果的修正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
14、值注意：表中列出的系数可仅仅看成粗略的近似值1610.5 重心定位与调整重心定位与调整v 根据各部件重心到重心基准（任意参考点）的距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（可确定出实际的重心（CG）位置）位置 iizxim xxm1710.5 重心定位与调整重心定位与调整v 各部件重心位置估算各部件重心位置估算* 机翼机翼平直翼平直翼后掠或三角翼后掠或三角翼 *这部分数据取自南京航空航空大学这部分数据取自南京航空航空大学飞机总体设计飞机总体设计课件、课件、民用喷气飞机设计民用喷气飞机设计及
15、及P.7所列之表，而不同的参考资料中的数所列之表，而不同的参考资料中的数据会有一定的差异据会有一定的差异1810.5 重心定位与调整重心定位与调整v 各部件重心位置估算（续）各部件重心位置估算（续） 平尾鸭翼垂尾平尾鸭翼垂尾: 40%MAC * 注意三种翼面包含范围的不同取法注意三种翼面包含范围的不同取法 1910.5 重心定位与调整重心定位与调整v 各部件重心位置估算（续）各部件重心位置估算（续） 机身机身 喷气运输机：喷气运输机：发动机安装在机翼上：发动机安装在机翼上：0.42 0.45机身长机身长发动机安装在机身后部：发动机安装在机身后部：0.47 0.50机身长机身长 战斗机：战斗机：
16、发动机安装在机身内：发动机安装在机身内：0.45机身长机身长 螺浆单发螺浆单发拉力式拉力式:0.32 0.35机身长机身长推进式推进式: 0.45 0.48机身长机身长 螺浆双发：螺浆双发：拉力式拉力式:0.38 0.40机身长机身长推进式推进式: 0.45 0.48机身长机身长2010.5 重心定位与调整重心定位与调整v 各部件重心位置估算（续）各部件重心位置估算（续） 起落架起落架 如果起落架支柱详细位置还未确定，可以取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，取在机飞机重心，或者几何尺寸已知的话，取在机轮的中心处轮的中心处 短舱短舱 从短舱头部算起从短舱头部算
17、起40%的短舱长度的短舱长度 动力装置动力装置 由发动机重心位置来确定由发动机重心位置来确定2110.5 重心定位与调整重心定位与调整v 各部件重心位置估算（续）各部件重心位置估算（续） 燃油燃油 根据油箱布置的位置、油箱的体积和燃油重根据油箱布置的位置、油箱的体积和燃油重量确定量确定 有效载荷（乘客和行李、有效载荷（乘客和行李、 货物或武器）货物或武器） 根据有效载荷的布置确定根据有效载荷的布置确定 空机其余部分空机其余部分 4050%机身长机身长2210.5 重心定位与调整重心定位与调整v 飞机重心位置一般用其与机翼平均气动弦（飞机重心位置一般用其与机翼平均气动弦（MAC）之比来表示之比来
18、表示 xA机翼机翼MAC的前缘点到重心定位参考坐标系原点的距离的前缘点到重心定位参考坐标系原点的距离 bA机翼机翼MAC的长度的长度v 不同类型飞机的大致范围不同类型飞机的大致范围 对直机翼对直机翼 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 重心定位与调整重心定位与调整v重心随飞机燃油的消耗和武器的投放而变化。根据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。为飞机稳定性和操纵性分析，规定重心限制范围。为了确定飞
19、机重心是否保持在该范围之内，要绘制了确定飞机重心是否保持在该范围之内，要绘制“重心包线重心包线” v机动性高的飞机的重心机动性高的飞机的重心 位置变化范围应尽量小，位置变化范围应尽量小， 通常小于通常小于8%MAC； 机动性低的飞机的变化机动性低的飞机的变化 范围可大一些，通常达范围可大一些，通常达 到到20%MAC左右左右2410.5 重心定位与调整重心定位与调整v 总体布置时调整重心的主要措施总体布置时调整重心的主要措施1. 移动重量较重的飞机固定装载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
20、况下，将较重的设备根据情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况前移或后移2. 移动发动机位置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；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保持尾喷口位置不变 2510.5 重心定位与调整重心定位与调整v 总体布置时调整重心的主要措施（续）总体布置时调整重心的主要措施（续）3. 移动机翼前后位置移动机翼前后位置这种方法对重心位置的影响最大，将涉及机身与机翼这种方法对重心位置的影响最大，将涉及机身与机翼的
21、对接框、尾翼的安装、燃油箱的布置等，一般只在的对接框、尾翼的安装、燃油箱的布置等，一般只在方案论证初期阶段采用方案论证初期阶段采用4. 更改机身长度更改机身长度重心位置需要向前调时，可以加长前机身长度；反之重心位置需要向前调时，可以加长前机身长度；反之则缩短前机身。应注意加长机身会使飞机总重增加，则缩短前机身。应注意加长机身会使飞机总重增加，缩短前机身会减少飞机装载容积，并需要同时修改立缩短前机身会减少飞机装载容积，并需要同时修改立尾或腹鳍参数尾或腹鳍参数5. 其他调整重心措施，如采用先进的燃油管理系其他调整重心措施，如采用先进的燃油管理系统、采用主动控制技术等统、采用主动控制技术等 26复复 习习 题题1. 简述飞机总体布置时调整重心的主要措施简述飞机总体布置时调整重心的主要措施27 谢 谢！
