飞机结构设计过程中重量控制

余立　崔青青　王猛

【摘  要】综上所述，飞机重量重心检测系统可以实现对飞机的出厂计量、试飞校检等操作，而且该项技术的发展和应用已经十分成熟，并朝着智能化和模块化方向发展。

【关键词】飞机结构设计;重量控制;重量重心检测系统

前言

截止到目前，飞机重量重心测量主要涉及到的内容有千斤顶等等，其应用范围极为广泛。随着现代飞机技术的不断更新，高安全、高精度等要求也被有效的呈现出来，使得该项技术的整合十分重要。

1最大起飛重量的确定方法

给定机型和运行条件时，飞机的性能特征及跑道条件、气压、气温、风量等影响因素已确定。此时可以通过选择适合的飞速度V1/VR/V2（即起飞决断速度/起飞抬前轮速度/起飞安全速度）来平衡各种要求，以获得尽可能大的起飞重量，具体通过调节速度比V1/VR和V2/VSR来实现。根据CCAR25.107（e）（1）条规定：VR必须大于1.05VMCA（VMCA为空中最小操纵速度），VR取决于飞机重量。CCAR25.107（a）（1）同时规定：V1必须大于VMCG，V1必须小于等于VR。根据试飞验证：V1过小将使起飞距离增长，低于一定值时不再具有分析价值，V1/VR的取值通常在0.84～1.0之间。CCAR25.107（b）条规定：V2的最小值必须大于等于1.13VSR（对于双发飞机），而失速速度也取决于飞机重量。因此，最小V2不是固定值，但最小V2/VSR已知。此外，V2速度太大会要求较长的起飞距离，并导致爬升性能的降低，因此V2/VSR通常有一个最大值限制（一般在1.13～1.5之间，需根据具体机型确定）。

1.1 V1/VR比的影响

首先考虑固定VⅣ冁比值时，V2/VSR比值的变化对起飞性能的影响。此时等同于将V。看作定值，考虑V1的变化对起飞性能的影响。

1.1.1跑道长度限制。由于V1增加时会增加飞机的加速一停止距离、减小飞机的单发起飞距离及单发起飞滑跑距离，因此，反映在跑道长度对起飞重量的限制上则表现为：随着V1增加，受单发起飞距离（TODN-1）及单发起飞滑跑距离（TORN-1）限制的最大起飞重量增加（全发工作时不受影响），而受加速一停止距离（ASD）限制的最大起飞重量减小。

1.1.2起飞越障的限制。v1的变化并不影响起飞第一、第二及最后航段的爬升梯度。但是由于V1增加会使起飞距离减小，因此飞机在较短的距离就离地进入起飞航迹，从而增加越障裕度，减小了爬升梯度要求。

1.1.3刹车能量限制。最大刹车能量限定了飞机刹车时允许的最大动能，在给定起飞重量时限定了V1，使其不得超过最大刹车能量速度VMBE。

1.2 V2/VSR比的影响

以下考虑V1/VR为固定值时，V2/VSR的变化对起飞性能的影响。

1.2.1跑道长度限制。V2/VSR的取值是通过调节VR来实现的，增大该比值相当于增大VR，因此会增加起飞距离和起飞滑跑距离。并且，当给定V1/VR时也会增加V1，使得加速停止距离也相应增加。

2飞机重量及重心测量系统应用情况

2.1千斤顶测量

千斤顶法在测量工作中十分常用，具体工作原理如下：在测量工作开展之前，操作人员可以将飞机停放在平坦地面之中，将风力、磁场等干扰因素排除。之后，将飞机腹下顶孔当做承力点，在顶孔和千斤顶之间，将传感器作为相应的测量部件，并借助于千斤顶将传感器的承重提升，将调解作用更好的展示出来。在此过程中，最为常用的方式为三点支撑测量。在具体操作过程中，人们可以在前机身之中放置一个千斤顶，在左右机翼两侧再放置一个千斤顶。

2.2称重平台测量

该种测量主要是在飞机的机轮下方安置一个称重平台，并在其中加入称重传感器，而且在实际三点测量过程中，可以对三个称重平台进行全面应用，此时，引桥牵引的重要性将会被展示出来。为了强化测量的准确性，相关工作人员可以根据实际力矩平衡原理，使用作图法或者是解析法，进而将飞机的机体坐标呈现出来，这也是重心测量的重要步骤。站在理论角度来说，机轮作用于平面的压力应该以垂直向下为主，位于平面之下的传感器可以实现其完全测量。

2.3千斤顶与称重平台的结合测量

为了将实际称重平台的测量精度进一步提升，相关研究人员提出了千斤顶和称重平台混合测量形式，具体测量原理如下：在实际称重平台上放置一个千斤顶，并将整个称重平台当做千斤顶的底座，支撑飞机飞行。另外，通过千斤顶操作，还能实施飞机的升降操作，实现飞机的水平调节，并借助于称重平台，对感知力进行预测。在实际测量过程中，应根据实时测量减去千斤顶的重量，这也是最终飞机重量最合理的表示形式。

2.4称重平衡时的计算测量

现阶段，随着经济的不断发展，大型航空客货运输机的应用比例越来越高，尤其是对于大型飞机的重心测量，其沉重平衡系统属于是系统的必备条件。从实际发展角度来说，很多国外波音以及空客等公司均使用了称重平衡以及实时计算测量程序。从地面称重平衡系统测量中可以看出，整个飞机机身重量集中在起落架液压缓冲器上，如果将飞机轮胎、刹车系统等重量加在一起，便能得出整个飞机的重量。一般来说，称重传感器可以安装在起落架液压缓冲器之中，能够对缓冲器承受压力进行测量，进而将飞机重量更好的反应出来。在地面承重平衡系统测量过程之中，飞机总量主要是由下部起落架液压缓冲器提供支撑力，之后再加上飞机轮胎和刹车系统等重量，构成飞机总重量。

结束语

人们可以根据具体飞机重量重心测量结果，为其他重量的重心测量提供有利条件，尤其是在静态测量和方向校准上，属于是整个工作的重点内容。

参考文献：

[1]陈柯行.新一代便携式飞机称重系统的研制及应用[J].新技术新仪器，1999，19（5）.

[2]张晓燕.自动称重系统的精度分析与同步控制[D].天津大学硕士论文，2007.

[3]贾恒信.基于数字式智能飞机称重系统准确测量飞机的轮距[J].衡器，2015，（9）.

（作者单位：中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司）