民用飞机重心包线研究

民用飞机重心包线是保证飞机使用安全的重要防线,是飞机飞行使用中不可逾越的一道屏障。重心包线设计的好坏不仅影响飞机的飞行性能,更直接影响飞机使用的经济性和安全性,其确定是总体、气动、操稳、性能、强度、重量等多专业分析、权衡的结果。从重心对性能的影响,重心限制边界的分析及如何设计好重心包线三个方面进行了较系统的分析研究,为民用飞机重心及重心包线的设计提供借鉴和参考。

飞机重心包线修形分析

飞机重心包线是在综合权衡操纵性、稳定性、气动设计、结构设计和飞机装载等要求后确定的,在飞机设计实践中,需要进行重心修形,一是为了确保飞行安全,根据使用情况对飞机重心做出一些限制;二是为了降低有效载荷,实现结构减重;三是为了进一步提高飞机最大起飞重量,挖掘飞机的性能潜力,提高竞争力。结合型号任务,分析了国内外军民用飞机,尤其是空客系列和波音系列飞机的重量与平衡资料,提出了重心修形的主要考虑因素,并结合重心包线左上角修形,举例说明了包线修形时的重量、结构、强度和起落架专业的相关考虑,给出了修形的必要条件、一种修形方法和具体的修形步骤,可以供后续型号设计参考。飞机重心包线修形也是一个反复迭代的过程,通过不断迭代直到获得一个满足诸多要求的合理的最优解。

变直径倾转旋翼机设计重心包线研究

倾转旋翼机具有直升机垂直起降和固定翼高速前飞的特点,而变直径倾转旋翼机可以同时满足其悬停和巡航状态对旋翼的设计要求。基于飞行动力学模型,提出一种倾转旋翼机重心极限及设计重心包线计算方法。以XV-15进行方法验证,分析了旋翼变直径对全机重心包线的影响。结果表明,大直径有利于扩大直升机模式和过渡状态的重心包线,而直径变化对固定翼飞机模式重心包线无影响。

民用飞机设计重心包线计算

基于JSBSim建立了飞机的气动模型、起落架模型及全机飞行力学模型,对不同重心位置、不同重量模型进行配平分析,给出了民用飞机设计重心包线的计算方法。以B737飞机为例对不同飞行状态进行了配平计算,证明了该方法的合理性。最后,以该机为算例进行了设计重心包线的计算。结果表明,所计算的重心包线与实际情况较吻合。

倾斜尾桨对直升机设计重心包线的影响

以UH-60A为例建立了直升机非线性飞行动力学模型,对算例进行配平验证;基于配平操纵量和陆军航空设计标准ADS-33E-PRF飞行品质规范中的稳定性指标,分析了重心变化所产生的影响,提出了一种计算直升机设计重心包线的方法;计算了不同尾桨倾斜角下的重心包线,分析了倾斜尾桨对重心包线的影响。结果表明,在一定范围内,重心包线随倾斜角增大而后移;对于样例直升机,尾桨倾斜角为20°时的重心变化范围比无倾斜角下的重心变化范围扩大了约20%。

倾转旋翼机重心对平衡稳定性的影响分析

根据倾转旋翼机的布局特点,建立了包含旋翼、机翼、垂尾、平尾(含舵面)和机身的气动模型及全机飞行力学模型。对不同重心位置模型进行配平分析,在配平的基础上进行了线性模型的提取和分析,给出倾转旋翼机重心包线的计算方法。最后以XV15倾转旋翼机为算例进行不同重心位置的配平、稳定性分析和重心包线计算。结果表明该方法合理有效。

基于CATIA二次开发的直升机燃油重心计算及应用

直升机的重心位置直接影响着其飞行性能和操纵使用安全,研究直升机燃油重心的变化是评估直升机重心变化的重要组成部分。为减轻人工计算负担,提高计算效率,以某型直升机的燃油箱为基础,结合飞行剖面数据,对CATIA Automation API宏进行了二次开发,实现了对燃油体进行自动切割和优化计算,最后得到了对应于飞行剖面中各个飞行状态下的燃油重心,并对燃油重心在全机重心评估中的应用进行了介绍。此外,还给出并解释了燃油体积计算、寻优设置以及重心计算的部分关键宏语句。

民用飞机的重心安全裕度分析

在民用飞机的运营过程中,为保证飞行安全,飞机的重心必须满足重心包线。由于飞机重心计算存在误差,而重心审定包线的安全裕度,则可消除因重心计算误差引起的安全隐患。本文从初始数据误差、飞机装载误差以及飞行过程中物体移动对重心的影响等方面进行误差估算,为民用飞机重心安全裕度分析提供了一种可靠的方法。

轻型民用飞机重量敏感性分析

在飞行器重量、重心包线中,重心的前、后边界尤为重要。在飞行器设计时,其前后重心范围影响着全机的质量分布以及气动特性的设计。本文以在一种轻型民用飞机的机身尾部下方加装一个光电吊舱为例,通过对比加装吊舱前后,该型飞机在基本空机重量、最大起飞重量和着陆重量下的重心位置及重量重心在包线中的位置,分析了该型飞机的重量敏感性。