飞机重量估算分析与方法探讨

汪洪莉 周明 王静 张凌云

(陕飞公司 设计研究院，陕西 汉中 723213）

0 引言

重量设计工作贯穿飞机方案论证、工程研制、设计定型、试生产及服役期的全生命周期，直接服务于飞机参数选择、总体布置，以及飞机的性能、载荷、气动弹性特性和成本费用估算等，产生的计算与分析的结果数据在某种程度上决定了飞机研制的成败。

重量设计工作在飞机研制的整个过程，大致可划分为重量估算、重量分配、质量特性数据计算和称重检验四个方面的工作，其中重量估算是每个型号设计和发展的重要环节，是方案论证阶段的总体布局的重要组成部分，其中的重量指标是方案论证阶段的基本原始数据之一，将作为一项设计目标来检查和考核。

重量估算是采用先进的质量特性估算手段，建立清晰的工作流和数据流，实现方案论证阶段飞机重量、重心、惯性矩的快速、有效分析，从而能够准确掌握飞机的重量状态，制定客观、合理的重量指标，提供准确的重量数据，以便及时对飞机的各项性能进行准确分析和评估，供方案论证阶段使用。

1 重量估算的工作流

1.1 内容

重量估算是在基本确定的使用性能参数和总体几何参数，如最大起飞重量、使用过载、座舱压差、载重、机体几何尺寸等约束参数，对飞机的目标重量（正常起飞重量等）进行多种方法的评估，继而估算飞机空机及各部分的重量，汇总为空机重量重心、使用空机重量重心、燃油重量重心、空机满油重量重心、转场重量重心、最大起飞重量重心及进行其他质量特性数据的估算。

1.2 流程

重量估算在概念和初步设计过程中是重量反复迭代过程，从起飞重量的预测值开始，逐步逼近精确值，迭代过程终止得到的起飞重量、空重、各部分的重量及相关质量特性数据。重量估算在概念和初步设计阶段的反复迭代过程见图1。考虑到估算工作由粗到细，及其内在联系和先后次序，又可以进一步细化为起飞总重估算、空重总重估算和各部件重量估算三个阶段，但三个阶段的重量参数并不是相互割裂，而是紧密联系。

图1

1.3 方法

飞机重量估算方法有许多种,简繁和准确程度也很不一样,但在飞机概念和初步设计阶段所用的方法，在原理上都是利用统计资料和一些近似计算公式，按逐步逼近的方法求解近似值，所以起飞总重、空机重量、各部件重量的估算方法大致可以归纳为两类：“原准统计法”和“统计分析法”。凡是利用统计数据，参照原准机，主要依靠经验进行飞机设计参数估算的方法，称之为“原准统计法”；凡是利用统计数据或实际结果作为原始数据，而主要以数学解析或数学规划方法求解，则称之为“统计分析法”。起飞总重、空机重量和各部件重量三个阶段具体估算方法如下：

1.3.1 起飞总重估算

起飞总重估算主要有以下几种方法:

系数法：统计一些类型相似的飞机结构、动力装置、系统设备、载油量等占飞机起飞重量的百分比数，根据此百分比数的大小估算飞机的起飞重量。

任务剖面法：根据飞机任务剖面和使用要求，确定飞机初步燃油量得出飞机的起飞重量。

推重比法：根据飞机起飞推重比的大小确定飞机的起飞重量。

类比法：根据现有飞机的起飞重量和部件重量，通过类比处理估算飞机的起飞重量。

1.3.2 空机重量估算

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，所以空机重量估算同起飞总重的估算几乎是同时进行的。空机重量估算还要考虑重量的增值，空机重量增值有多种原因，比如为防止断裂结构加强、增强电子设备能力以及用户增加使用功能等，所以在估算时对这些不定因素引起的重量增值要留出一定的余量。

1.3.3 各部件重量估算

各部件重量估算首先要进行飞机重量分类，其中空机重量典型简要的分类划分为四种主要类别；结构类、动力装置类、设备类及空机装备重量类。各部件重量估算公式在许多资料都做了详细的介绍，由于机型和重量历史数据的不同，不同设计部门会根据各自不同情况和经验选用。

精确的分类重量估算是运用统计分析公式，这些公式是用相当成熟的回归方法推倒的，推导这些公式是一项成果，各企业都有自己的公式。但是好的估算方法是采用几种不同的公式计算每个部件的重量，然后取其平均值是比较合适的。

2 重量估算的数据流

2.1 重量分类

飞机构造复杂，由众多零部件和各种设备组成，对飞机重量进行精确的计算，应从每一个零件和每一种设备入手。但在初步设计阶段，这是根本不可能的，为了重量估算分析和计算的方便，应将飞机的重量划分若干组成成分，即重量分类。虽然这种划分可粗可细，飞机类型和公司的不同在重量分类划分上也存在差异，但是在初步设计阶段重量分类是必须进行的工作。当然任何一种分类方法都不是绝对的，只是为了便于对飞机重量进行分析研究和计算而已。一般重量分类的划分是：

起飞重量含空机重量和总载重；空机重量含飞机结构、动力装置、设备和主机及装备重量；飞机结构含机身、机翼、尾翼、起落架和各系统；设备含电气设备、通信设备、航行设备、飞控设备、火控设备、导航设备、高空设备和辅助设备等；总载重含燃油、有效载荷和装备及服务设施重量等。

2.2 数据库

为了得到用于公式的原始统计资料，重量专业设计人员必须尽可能多地收集飞机重量历史数据、样本数据和详细飞机蓝图，收集估算公式，并将这些重量元素集合在统一的数据库进行管理。在重量估算时，可以通过对这些重量元素进行有效、可靠的统计回归和理论分析，进行系数选取、修正和推导出新飞机专门的重量估算公式。在建立数据库时应考虑的因素很多：

重量估算包括定义、历史数据、样本数据和估算等；定义和估算的主要内容包含重量项目定义、估算方法定义、估算模型定义、数据库结构定义、估算方案的创建、比较估算方法和比较估算参数等等。

3 重量估算的估算方法

3.1 重量定义和重量分类

重量估算开始时必须首先对重量术语进行定义、重量项目进行分类，定义和分类时尽量遵循有关标准、规范和适航条例中的规定，这样在开展估算工作时有根本的依据，可以使估算工作脉络清晰，并有利于重量后续工作。

3.2 数据库的建立

开展飞机重量估算工作，关键的一点就是必须有重量数据库。包括：广泛的同类型飞机的结构部件、动力装置、设备及空机装备系统的重量重心历史数据、样本数据和估算公式，并按重量分类和层次关系有序管理，便于在估算过程中进行参考和重量分析。

3.3 估算方法选取

重量估算一直是飞机设计里的难点，其重量估算的方法因不同公司或不同机型各异，每个设计公司针对不同的机型都有自己的一套方法，所以在确定重量估算方法的时候，要优先考虑以下几点：

1）从容易得到原始数据、统计数据、实际数据、经验数据的地方入手；

2）求容易确定的参数；

3）求起主导作用的参数。

飞机设计是发展的，飞机设计参数是发展的，原始数据也是发展的，因此。所采用的分析方法及估算方法就具有多样性。重量估算工作重要的是要结合自身具体设计条件去选用，修改所继承的方法，既而自行创新估算方法。