飞机重量估算研究

飞机重量估算研究

【摘要】在飞机概念设计阶段，因许多设计细节未确定，飞机分类重量采用理论分析与统计方法相结合的方法进行估算。本文参考《飞机设计手册》等飞机设计资料，结合涡扇类飞机概念设计重量估算方法进行了分析与研究。

【关键词】飞机；重量；结构

0 前言

在飞机概念设计阶段，估算飞机的重量分为第一次近似计算和第二次近似计算。一般在第一次近似计算中采用重量系数法估算飞机起飞重量，结合所设计飞机的用途和种类进行合理取值，得到飞机各组成部分重量和飞机起飞重量；在第二次近似计算中采用公式法（即计算法），即把第一次近似计算求出的飞机起飞重量作为初值，利用已有的统计公式预估飞机各组成部分重量。

本文结合B737-200飞机对涡扇类飞机重量估算方法进行了介绍，给出了估算误差及初步适用分析。

1 飞机重量估算

1.1 飞机重量第一次近似计算

飞机起飞重量=结构重量+动力系统重量+设备和操纵系统重量+燃油重量+固定载重+专用载重。即：W0=Wstr+Wen+Weq+WFuel+Wlod+Wprof（2-1）

对（2-1）式中的各项除以W0，得：

W0=■（2-2）

其中：■■=■，■■=■，■■=■，■■=■

根据文献[2]，对于B737-200飞机，

W■=3040kg，W■=15780kg，■■=0.258，■■=0.090，■■=0.122，■■=0.171

将以上数据代入（2-2）式，求得飞机起飞重量的第一次近似值为：W0=52390kg

1.2 飞机重量第二次近似计算

1.2.1 机翼重量

文献[3]中共提供了六种民用飞机机翼重量估算方法，根据初步分析，概念设计阶段估算机翼重量，只能采用方法一和方法五。

根据方法一，机翼重量如下：

W■=19.938WmTO0.389Sw0.843（1+cosΛw0.25）-1.017×A0.192■r-0.098（0.01νmD）0.232（1 +Klge）0.407（1+Krl）-1.159（2-3）

式中：Ww—机翼重量；WmTO—最大起飞总重；Sw—机翼理论面积；Λw0.25—机翼1/4弦线后掠角；A—展弦比；■r—机翼根部相对厚度；νmD—最大许可俯冲速度；Klge—起落架和发动机影响系数：对于B737-200飞机Klge=0.6；

Krl—卸载系数：Krl=∑（W■■）/（0.3WmTO）式中：

Wep—发动机及其挂架等组件重量；a—发动机及其挂架等组件距飞机中心线的距离；b—机翼展长。

对于B737-200飞机，WmTO=52.39t（2.5g），Wep=1.50t，b=28.35m，a =5.05m。得Krl=0.068；根据（2-3）式可估算出B737-200机翼重量为：Ww≈7208 kg ；而B737-200机翼实际重量为4814kg，方法一相对误差为：（7208-4814）/4814×100%=49.7%.

根据方法五，机翼重量可用下列公式确定：

W■=[■×■+■+0.0175]W■（2-4）

式中：■r—机翼根部相对厚度；Λw0.25—机翼1/4弦线后掠角；Ww—机翼重量；nmax—极限过载；λ—梢根比；A—展弦比；p—机翼翼载；WmTO—最大起飞总重；φ—卸载系数：=0.65～0.70—最大技术航程在3500km～5000km的运输机。经过认真研究，公式（2-4）应当改为：

W■=[■×■+■+0.0175]W■（2-4a）

B737-200飞机最大技术航程约3800km，取φ=0.65。根据（2-4a）式可估算出B737-200机翼重量为：Ww≈4087 kg 。对于B737-200飞机，方法五估算重量和实际重量的相对误差为：（4087-4814）/4814×100%=-15.1%

方法一估算误差偏大；方法五估算误差较小。因此，机翼估算重量按方法五确定。

1.2.2 机身重量

文献[3]中共提供了四种民用飞机机身重量估算方法，根据初步分析，概念

设计阶段估算机身重量，只能采用方法一。

根据方法一，机身重量可用下列公式确定：

W■=8.778×（0.01ν■）■×（1+1.0197×10■△P）■×（■）■×（b■L■）■（1+K■）■×W■10.202×WmTO0.172（2-5）

式中： WF—机身重量；νmD—最大许可俯冲速度（ISA，H=0）；ΔP—最大压差；bmF—机身当量直径；LF—机身长度；Wmpl—最大商载；WmTO—最大起飞重量；KFle—主起落架和发动机安装系数：KFle =0.0，机身上没安装主起落架和发动机；通过观察研究，公式（2-5）应改为：

W■=8.778×（0.01ν■）■×（1+1.0197×10■△P）■×（■）■×（b■L■）■（1+K■）■×W■0.202×WmTO0.172（2-5a）

对于B737-200，机身上没安装主起落架和发动机，所以其KFle =0.0。

根据（2-5a）式可估算出B737-200机身重量为：WF≈6257 kg ，而B737-200机身实际重量为5492kg，方法一相对误差为：（6257 -5492）/5492×100%=13.9%

1.2.3 平尾重量

文献[3]中提供了一种民用飞机平尾重量估算方法，根据这种方法，平尾重量可用下列公式确定：

W■=7.909W■0.393S■0.694（■×10）■×（1+cosΛ■）-1.8■■-0.015（0.01■νmD）■（2-6）