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1、 南京航空航天大学硕士学位论文客机重量特性和直接使用成本估算方法研究姓名：陈剑波申请学位级别：硕士专业：飞行器设计指导教师：余雄庆201104 南京航空航天大学硕士学位论文关键词：飞机设计；客机；重量；直接使用成本；参数化模型；有限元方法；结构优化 南京航空航天大学硕士学位论文： 图垂尾盒段的参数化结构模型图最终得到的垂尾结构参数化模型图垂尾展向气动载荷分布图图垂尾盒段结构有限元模型图垂尾盒段结构优化定义图垂尾盒段重量估算的解决方案图垂尾重量解决方案总框架图图刮仓亓考扑阕幽？榈目蚣芡肌图客机费用关系图图飞行任务剖面图 客机重量特性和直接使用成本估算方法表空客飞机重量估算结果表福克飞机重量估算结
2、果表部件重心参考范围。 客机重量特性和直接使用成本估算方法缩略词 南京航空航天大学硕士学位论文篙缴杓苅甲巡露三醪概念性设计详洋细列阪设订计匕。一蠹。三鼍溺，溺琵蚴蝴馘锄拗刎。；二二溷河啥梗图甀飞机的一般设计过程 量时多采用较为粗略的估算方法，依据统计方法来计算飞机重量。在飞机总体方案概念设计阶段，飞机重量的确定通常按照统计方法进行估算，具体可以分 南京航空航天大学硕士学位论文，是一种借助于强大的数学工具和计算机技术的 在市场经济环境下，满足顾客的要求是民机制造业提高竞争力、占有市场的唯一途径。构成民机市场竞争的因素很多，根据调查显示，影响民用飞机客户饕J呛娇展满意度的因素有飞机性能、可靠性、维
3、修性、经济性、舒适性等十余种，这些因素分别属于经济领域、航空公司运营领域及飞机技术领域这三个领域，其中排在第一位的是经济性因素，可见经济性因素对客机的重要性。性，而飞机的直接运营成本【所也对募扑阕隽撕芏嘌芯俊俊，如中国民用航空学院的都业富教授提出一种民用飞机 南京航空航天大学硕士学位论文本文的章节内容安排如下： 客机重量特性和直接使用成本估算方法图飞机重量术语与组成 以下给出上述各项重量的估算公式，并进行分析和验证。理想的主结构重量朋赫纠舶譙标矿什贰 客机重量特性和直接使用成本估算方法籑删】，緊籑挪】，緊籑挪】修正系数表机翼理想结构修正系数表机翼次结构修正系数 机翼总重对机翼重量估算公式的讨论
4、万一口眨值起落架安装在机身上发动机安装在后机身上驳醪季的增量 水平尾翼的重量估算公式为：垂直尾翼的重量估算公式为：起落架重量包括起落架结构以及相关液压作动系统的总重量，计算公式如下：公式为： 南京航空航天大学硕士学位论文蚝。分散性很大，难以由统计公式较准确估算出。因此，建议使用项目重量直接由重量设计人员由 结构重量豫，知咖鈄，魄飞机基本空重包含基本空重和使用项目重量，其计算公式为：零燃油重量零燃油重量包含使用空重和商载重量，其计算公式为：其中，为商载重量。量替代原先的最大起飞重量，计算各组成部分的重量。如此循环计算，直至收敛为止。 客机重量特性和直接使用成本估算方法但总和误差为唤峁怪亓恳酝獾钠
5、溆喔飨钪亓课蟛钤以内；而最大起飞重量的误差为实际值结构重量推进系统系统重量基本空机重量使用项目使用空重商载载、燃油重量和使用项目重量直接采用了实际值。 南京航空航天大学硕士学位论文表福克飞机重量估算结果起落架结构重量推进系统系统重量基本空机重量使用项目使用空重商载 客机重量特性和直接使用成本估算方法表部件重心参考范围部件机身重心参考范围机翼平尾垂尾 由各部件重心的相对位置和部件重量可以计算出空机的重心位置，如下式所示。图典型的座舱布置形式货物装载对重心的影响 图典型的飞机装载云图由空机重心及备份燃油的重心可以计算出使用空重条件下疵挥猩淘睾腿加飞机的重 这两个点出发可以进一步分析前后货舱满载后的
6、重心极限位置。在货舱加载后的重心位置再考虑燃油加载的情况就可以画出燃油载荷对重心位置的影响曲线，从而可以得出客机的装载云图。图飞机的重心云图 程序开发根据本章所述重量重心计算方法，开发了基于统计方法的参数化重量重心估算程序，并在中编程实现了相应的图形化用户界面，简称。在伤蠫支持的用户控件，组件编程两部分工作，其实现过程如下图所示。在中开发的重量重心计算程序启动界面如下图所示。 南京航空航天人学硕士学位论文，祝数一平尾参数一一一，参考面裁“机踅匪弦根。机弦线后掠角平均相对厚度，垂尾参数，发动讥重每排座位数发，靛程一一；尾譬布局形式。删；零燃油重量重图重量重心计算的结果输出界面 客机重量特性和直接
7、使用成本估算方法 第三章基于结构有限元分析和优化的部件重量估算方法一！”“”。”“。！。“！”鲆灰弧觥!觥!觥!侧章麓拳翰蛔蟆广一匿曩一一熬一鬯型图基于结构有限元分析和优化的垂尾重量估算方法流程图 客机重量特性和直接使用成本估算方法，并借助榧韵竽技术基，耋芩芩竺塑墼蔓 南京航空航天大学硕士学位论文在 环境下导入垂尾翼型的节点数据，控制垂尾根部和稍部翼型的生成。根据文件图垂尾盒段的参数化结构模型 垂尾气动载荷计算通过比较偏舵机动时的垂尾载荷、方向舵机动条件的垂尾载荷、发动机停车状态以及侧向阵风条件对垂尾载荷的影响，确定了典型的飞行状态，进而给定飞机侧滑角、方向舵偏转角以及飞行马赫数，利用气动软件
8、 在本算例中采用四次多项式拟合气动载荷的展向分布：冢 向的载荷分布，载荷分布在中的拟合曲线见图。用驱动丫瓿闪舜刮埠卸蔚慕峁共贾媚停缓罄肕的二次开发语言嘈闯绦颍寥氩问淞浚远侗鸾峁共贾玫腃模将不同的结构元件按照蒙皮、肋、梁、桁条等组成部分添加到相应的分组中； 优化设计是指在满足指定设计要求的前提下，自动修正被分析模型的有关参数，以达到所期望的目标。甆支持的优化功能包括尺寸特性优化和形状优化，本章主要针对垂尾的尺寸特性进行优化。利用镅栽贛环境下进行优化定义，将梁、肋缘条和桁条的横截面积以及梁腹板、肋腹板和蒙皮的厚度作为重量优化的设计变量，在满足相应的应力和位移约束条件下，使得垂尾盒段的结构重量最小。
9、垂尾盒段结构优化问题的定义表述如图所示。在定义完成优化分析设置、优化循环和参数设置后，提交给甆进行分析计算，最终得到盒段结构的重量。 南京航空航天人学硕士学位论文结构蓬量钋醠约束条件：梁、肋缘条的横截庙积；簟誊嚣；图垂尾盒段结构优化定义根据垂尾外形和结构参数化定义，在猩刹问疌模型，在气动模块中得到；鼍曩誊警始剞 的整个工作都是在图形化用户界面下完成的，通过图形化工作界面，用户可以很方便的进行产品设计的过程集成、优化目标的定义以及自动化求解工作。软件主要包括项目过程集成、问题的定义和方案监控三个功能部分，每一个功能部分都包含设计研究中需要的集成、自动化和监控步骤。软件中的每一个接口模块都是独立的
10、部分，它们分别通过解析器，与客户服务器模式下的其他部分通信。本文按照上述工作步骤建立了基于结构有限元分析和优化的垂尾重量估算框架，图垂尾重量解决方案总框架图 到塑塑胈到劐型竺墼里稩塑型里塑垒甈寥刮步峁笴模型，在建立完成的结构有限元模型上划分网格，并定义材料量之间的关系。，简称是研究和处理多因子与响应变量关系的一种输出的改变情况，通过对试验数据的分析，找出最优方案的一系列试验及分析方法集。试验的确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使响应达到希望值或者是响应的分散度尽确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使不可控参数对响应的影响尽可能减小。法是利用正交表挑选试验条件，安排试验计划和进行试验，并通
11、过较少次数的试验，找 客机重量特性和直接使用成本估算方法算例利用本章上述介绍的基于结构有限元分析和优化的垂尾重量估算方法，以某型客机垂尾设比和后掠角对垂尾重量的影响。 南京航空航天大学硕士学位论文芨说闹嵊篺 客机重量特性和直接使用成本估算方法、 、在垂尾重量解决方案框架中将垂尾外形参数梢根比和后掠角设为系统级变量，应 南京航空航天大学硕士学位论文，筠嚣 费用。其中取得技术费用可分为研究发里展、测试评价费用和生产费用两大部分。以上几种费用凶图客机费用关系图 客机重量特性和直接使用成本估算方法耗费用的多少。着陆费己椒丝筒褪撤和乘务员费用所有权成本现金成本 图空勤组费用，即机组费，包括飞行员和乘务员
12、的工资、津贴和补贴、福利费、制服费等。标准飞行剖面 客机重量特性和直接使用成本估算方法危号突种；一般来说，干线客机的年利用率明显大于支线客机。飞机年利用率与飞机平均航段距离有关，表述如下：借鉴参考文献。 南京航空航天大学硕士学位论文所有权成本的估算所有权成本包括利息、折旧费和保险费三项。由于固定资产的折旧很难精确的计算，通常采用相对比较容易操作的平均年限法即直线法来计算折旧费，将固定资产的折旧平均分摊到各期内。折旧费和飞机价格、发动机价格、机体备件成本、发动机备件成本、折旧年限和残值有关，采用平均年限法计算折旧费用的计算公式为：盒元其中：彳芡蹲识睿悍纭2兄迪凳籇折旧年限；畔利用率。，发动机价格
13、的计算公式为：利息的支出是指在购买飞机、发动机和备件过程中所借贷款的利息支出。利息费的计算原 客机重量特性和直接使用成本估算方法这样每轮档小时的利息支出计算如下：出等成。机组费用的计算公式如下：运行费用 南京航空航天大学硕士学位论文收费项目进行相应的简化，仅考察飞机着陆费、导航费和地面管理费来计算运行费用。通过对各个项目的分析可知：着陆收费和导航收费与最大起飞重量有关，地面操作收费与最大商载有关。琕为巡航速度，。：其中，朋呵为乘客人数。 客机重量特性和直接使用成本估算方法笏卜蒜脸竇裕矿。数。综合上述公式，可得到涡扇发动机的维修成本为局抛： 小结维修费是最可行的方法。算例 的快速计算，将输入参数集成到募校庋扑闶敝恍韪谋鋗文件中参数值就可以实 南京航空航天大学硕士学位论文第五章总结和进一步的工作全文总结由于飞机初步设计阶段中的部件重量计算精度要求较高，本文开发了一种基于结构有在本文的研究基础上，可进一步开展以下几方面的工作： 行建模，以得到更加准确的载荷情况和重量结果。 琈：仃】甉琄 琑， 瓵庄汉侯民用飞机重量重心特点分析【浚槎伎萍迹闟冢瓵螾，琙甊琇， 客机重量特性和直接使用成本估算方法录用