飞机重量估算

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1、重量估算与指标分配南京航空航天大学余雄庆概念设计流程设计要求、适航条例设计全机布局设计Yes初No满足要求？步机身外形初步设计方案最优？方案确定主要参数方案分析与评估发动机选择起分重量特性气动特性落系动力特性性能评估架统机翼外形初步设计操稳特性经济性分析噪声特性排放量尾翼外形初步设计可靠性维修性机场适应性……总体布置形成初步方案分析提纲•重量指标的重要性•重量的组成•估算方法•重心估算与机翼位置调整重量的重要性•使用重量增加引起的后果：–航程缩短、爬升率下降、起飞和着陆距离增加.–若想保持性能不变，则有效载荷不得不减小。–飞机成本增加。•结构重量增加引起的恶性循环–如果飞机的性能指

2、标保持不变，结构重量增加将导致油耗增加，需更大的发动机，更强起落架、较大的机翼和尾翼面积。–反过来，这些增加将要求更重的结构;更重结构又……–这种恶性循环引起所谓的“重量雪球效应”。结构重量增加导致的后果增加1000kg无用结构重量，对二种座级飞机产生的影响重量组成•结构重量–机翼–机身零基–尾翼最使本–短舱燃大用空油空量–起落架起飞重重•推进系统重量•固定设备量•使用项目•机组•有效载荷（商载）•燃油结构重量估算方法•基于统计的估算方法–基于统计数据，按基本空重百分比分配重量指标–基于统计数据，建立参数化的结构部件重量估算方程•基于近似分析模型–工程梁理论•基于数值仿真/虚拟样机

3、的方法–结构有限元模型–三维CAD模型按基本空重百分比分配重量指标重量统计数据按基本空重百分比分配重量指标重量统计数据（续）按基本空重百分比分配重量指标对于同类型飞机，机翼、机身、尾翼、短舱、起落架、推进系统、固定设备在基本空重所占百分比存在一定的统计关系。按基本空重百分比分配重量指标典型的重量指标分配按基本空重百分比分配重量指标参考文献1.R.D.Schaufele,TheElementofAircraftPreliminaryDesign,AriesPublications,SantaAna,California,2000.基于统计方法的重量估算方程•思路–通过收集现有的外形数

4、据与结构部件重量的数据，应用统计学的方法，得到外形数据与结构部件重量之间的近似数学表达式。•特点–只能适用于类似的飞机。–所需的输入数据较少，一般只需主要外形数据。–重量与外形设计参数有显式关系式。–若飞机的差别较大，精度不高。基于统计方法的重量估算方程•机身重量2Lf2MFUSCp2(9.755.84Bf)1.5(BfHf)(kg）()BHffL－机身长度（m）；fB－机身最大宽度（m）；fH－机身最大高度（m）；fC－增压机身系数，对于客机取0.79；2p－客舱内外压差，单位是巴（bar），典型值0.58。基于统计方法的重量估算方程•机翼重量–按理想的

5、基本结构重量、修正系数、机身影响系数三部分分别计算。（1）理想的基本结构重量MIPSMIPSmmCr(kg）M01.50.5m1920ASNr(1)secsec/fCa1.250.50.53SS22mr0.2510.340.442.210.72MA0A基于统计方法的重量估算方程客机V的典型D值为200m/s。0.51.75NrAM2.550fa1.120.751.51secsec10Sr为考虑惯性影响的因子，计算公式为：r10.21MZW/M0式中MZW

6、为零燃油重量基于统计方法的重量估算方程（2）修正系数由非理想结构带来的惩罚修正系数和次级机翼结构带来的修正系数的总和为C。x机翼主要结构的惩罚修正系数基于统计方法的重量估算方程次级机翼结构修正系数基于统计方法的重量估算方程（3）机身对机翼影响考虑到机翼结构穿过机身结构，当机身变宽时机翼重量会加重。引入系数C：y2Cy1.13150.0027143其中，β为机身最大宽度与机翼展长的比值：Bb/f基于统计方法的重量估算方程（4）机翼总重MwingCmyCmrCMx0上述计算式中面积单位为：m2角度：度基于统计方法的重量估算方程•尾翼重量1.2

7、4水平尾翼的重量：MH0.047VSDH1.15垂直尾翼的重量：MV0.065kVS12DVV－设计俯冲速度，客机的典型值为200m/s。DS－平尾面积；S－垂尾面积；HVK－为尾翼布局系数，范围为1.0-1.5，根据平尾的安装位置来选择。12若平尾安装于机身尾段，K选择为1.0;若为T型尾翼，K选择为1.5。1212基于统计方法的重量估算方程•动力装置重量–动力装置重量包括发动机、安装、排气系统、短舱等重量，计算公式为：MnCMpow3engn－发动机数量。C